特許 6534849 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】6534849

(24)【登録日】2019年6月7日

(45)【発行日】2019年6月26日

(54)【発明の名称】流体状態検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/04 20060101AFI20190617BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/04 L

【請求項の数】4

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2015-75214(P2015-75214)

(22)【出願日】2015年4月1日

(65)【公開番号】特開2016-194480(P2016-194480A)

(43)【公開日】2016年11月17日

【審査請求日】2018年2月23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】久田 薫

(72)【発明者】

【氏名】樋口 雄三

(72)【発明者】

【氏名】上村 朋典

【審査官】 小澤 瞬

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２５０１３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０４１０５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１０６８７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２７９２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２０４６２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−２６２５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４５３３５２０（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／００ − Ｇ０１Ｎ 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第２電位点となるよう構成され、
前記ブリッジ制御部は、前記第１電位点および前記第２電位点が入力され、前記第１電位点と前記第２電位点と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フィードバック制御するよう構成されており、
少なくとも当該流体状態検出装置の起動時において、前記ブリッジ制御部による制御状態に関わらず、前記ホイートストンブリッジ回路への通電を行う強制通電部と、
前記ブリッジ制御部によるフィードバック制御が異常状態であるか否かを判定する制御状態判定部と、
を備え、
前記強制通電部は、
前記制御状態判定部にて前記フィードバック制御が異常状態であると判定されると、前記ホイートストンブリッジ回路への通電を行う、
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、
前記ブリッジ制御部は、
前記第１電位点と前記第２電位点との電位差に応じて、前記第１電位点と前記第２電位点との電位差をゼロするためのフィードバック信号を生成する信号生成部と、
前記フィードバック信号に基づいて、前記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通電制御部と、
を備え、
前記強制通電部は、前記通電制御部を強制的に通電状態に制御することで、前記ホイートストンブリッジ回路への通電を行う、
流体状態検出装置。

【請求項3】

請求項１に記載の流体状態検出装置であって、
前記強制通電部は、前記ブリッジ制御部とは異なる通電経路を介して、前記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を行う、
流体状態検出装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のうちいずれか一項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。

【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（特許文献１）。

【0004】

流体状態検出装置は、ホイートストンブリッジ回路が平衡状態となるように、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制御するブリッジ制御部と、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演算部と、を備える。

【0005】

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。

【0006】

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】

【0007】

【特許文献1】国際公開第２０１２／１０８５００号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、上述の流体状態検出装置においては、当該装置の起動時におけるホイートストンブリッジ回路の各部の電位状態が不適切な状態となると、ブリッジ制御部の制御動作が不適切となってホイートストンブリッジ回路への通電制御が実行されない虞がある。

【0009】

具体的には、ホイートストンブリッジ回路へ通電すべき状況であるにも関わらず、流体状態検出装置の起動時におけるホイートストンブリッジ回路の各部の電位状態が不適切な状態であるために、ブリッジ制御部での判断結果が不適切になり、ホイートストンブリッジ回路への通電制御が実行されない状態に陥る虞がある。

【0010】

なお、これに対して、例えば、ブリッジ制御部において、演算増幅器の入力端子と出力端子とを接続する帰還抵抗部を備えることで、ホイートストンブリッジ回路の各部の電位状態を適切な状態に移行させることも可能である。

【0011】

しかし、この方法では、流体状態検出装置の起動後、ホイートストンブリッジ回路の各部の電位状態を適切な状態に移行するまでに時間を要する場合があり、流体状態検出装置の起動後、ブリッジ制御部による通電制御を迅速には開始できない可能性がある。

【0012】

そこで、本発明は、当該装置の起動後、迅速にホイートストンブリッジ回路の通電制御を実行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】

【0013】

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、強制通電部と、を備える。
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。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。

【0014】

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り、第１抵抗部と発熱抵抗体との接続点が第１電位点となり、第２抵抗部と第３抵抗部との接続点が第２電位点となるよう構成されている。

【0015】

ブリッジ制御部は、第１電位点および第２電位点が入力され、第１電位点と第２電位点と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フィードバック制御するよう構成されている。

【0016】

強制通電部は、少なくとも当該流体状態検出装置の起動時において、ブリッジ制御部による制御状態に関わらず、ホイートストンブリッジ回路への通電を行う。
この流体状態検出装置は、当該装置の起動時におけるホイートストンブリッジ回路の各部の電位状態が不適切な状態であっても、強制通電部によってホイートストンブリッジ回路への通電を行うことができる。このように、強制的にホイートストンブリッジ回路への通電を行うことで、ホイートストンブリッジ回路の各部の電位（第１電位点、第２電位点など）が適正値に変化する。

【0017】

この結果、ブリッジ制御部は適正な制御動作が可能となり、ブリッジ制御部によるホイートストンブリッジ回路への通電制御を適正に実行できる。
また、強制通電部は、少なくとも流体状態検出装置の起動時に、ホイートストンブリッジ回路への通電を行うことから、流体状態検出装置の起動後、ホイートストンブリッジ回路の各部の電位を迅速に適正値に変化させることができる。

【0018】

よって、本局面の流体状態検出装置によれば、当該装置の起動後、迅速にホイートストンブリッジ回路の通電制御を実行できる。
なお、この流体状態検出装置においては、強制通電部を備えると共に、ブリッジ制御部として帰還抵抗部を備えるブリッジ制御部を備える構成としても良い。このような構成であれば、帰還抵抗部を備えることによる作用効果（例えば、ブリッジ制御部での制御状態が安定化するなどの作用効果）を得ることができる。

【0019】

あるいは、この流体状態検出装置においては、強制通電部を備えると共に、ブリッジ制御部として帰還抵抗部を備えていないブリッジ制御部を備える構成としても良い。このような構成であれば、温度変化、経年劣化や環境変化などの影響による帰還抵抗部の抵抗値変化によって、流体状態の検出精度が低下することを抑制できる。

【0020】

つまり、ブリッジ制御部が帰還抵抗部を用いて構成される場合には、温度変化、経年劣化や環境変化などの影響によって帰還抵抗部の抵抗値が変化すると、制御目標値が変動してしまい、流体状態の検出精度が低下する可能性がある。

【0021】

これに対して、流体状態検出装置として、帰還抵抗部を備えていないブリッジ制御部を備える構成を採ることで、温度変化、経年劣化や環境変化などの影響による流体状態の検出精度の低下を抑制できる。

【0022】

また、強制通電部を備えることで、流体状態検出装置の起動後、迅速にホイートストンブリッジ回路の通電制御を実行できることから、ホイートストンブリッジ回路の各部の電位状態を適切な状態に移行させる目的で帰還抵抗部を備えるブリッジ制御部を用いる必要が無くなる。

【0023】

次に、上述の流体状態検出装置においては、ブリッジ制御部は、信号生成部と、通電制御部と、を備えて、強制通電部は、通電制御部を強制的に通電状態に制御することで、ホイートストンブリッジ回路への通電を行う構成であっても良い。

【0024】

なお、信号生成部は、第１電位点と第２電位点との電位差に応じて、第１電位点と第２電位点との電位差をゼロするためのフィードバック信号を生成する。通電制御部は、フィードバック信号に基づいて、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。

【0025】

このような構成を採ることで、流体状態検出装置の起動時におけるホイートストンブリッジ回路の各部の電位状態が不適切な状態であるために、信号生成部により生成されるフィードバック信号が不適切であっても、強制通電部が通電制御部を強制的に通電状態に制御することで、ホイートストンブリッジ回路への通電を行うことができる。

【0026】

よって、この流体状態検出装置によれば、当該装置の起動後、迅速にホイートストンブリッジ回路の通電制御を実行できる。
次に、上述の流体状態検出装置においては、強制通電部は、ブリッジ制御部とは異なる通電経路を介して、電源装置からホイートストンブリッジ回路への通電を行う構成であっても良い。

【0027】

このような構成を採ることで、強制通電部は、ブリッジ制御部による通電経路の状態に影響されることなく、ホイートストンブリッジ回路への通電を行うことができる。
よって、この流体状態検出装置によれば、当該装置の起動後、迅速にホイートストンブリッジ回路の通電制御を実行できる。

【0028】

次に、上述の流体状態検出装置においては、ブリッジ制御部によるフィードバック制御が異常状態であるか否かを判定する制御状態判定部を備え、強制通電部は、制御状態判定部にてフィードバック制御が異常状態であると判定されると、ホイートストンブリッジ回路への通電を行うように構成されていても良い。

【0029】

なお、フィードバック制御の異常状態としては、例えば、フィードバック制御が停止している状態（電源装置からホイートストンブリッジ回路への通電が停止している状態）が挙げられる。

【0030】

このような流体状態検出装置は、起動時以外の任意の時期においても、ホイートストンブリッジ回路の各部の電位状態が不適切な状態となりブリッジ制御部によるフィードバック制御が異常状態となった場合に、強制通電部によって、ホイートストンブリッジ回路への通電を行うことができる。

【0031】

このように、強制的にホイートストンブリッジ回路への通電を行うことで、ホイートストンブリッジ回路の各部の電位（第１電位点、第２電位点など）が適正値に変化する。この結果、ブリッジ制御部は適正な制御動作が可能となり、ブリッジ制御部によるホイートストンブリッジ回路への通電制御を適正に実行できる。

【0032】

よって、この流体状態検出装置によれば、起動時以外の任意の時期に、ホイートストンブリッジ回路の各部の電位状態が不適切な状態となりブリッジ制御部によるフィードバック制御が異常状態となった場合でも、強制通電部がホイートストンブリッジ回路への通電を行うことで、ブリッジ制御部による通電制御を適正に実行できる。

【0033】

なお、制御状態判定部にてフィードバック制御が異常状態ではないと判定された場合には、ブリッジ制御部によるフィードバック制御が実行されているため、強制通電部によるホイートストンブリッジ回路への通電を行う必要はない。

【0034】

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。
水素ガス濃度を検出する用途に用いられる流体状態検出装置は、温度や湿度などが大きく変化する環境に設置される場合があり、そのような環境変化の影響によって、少なくとも当該装置の起動時におけるホイートストンブリッジ回路の各部の電位状態が不適切な状態となる場合がある。

【0035】

これに対して、流体状態検出装置は、上述の強制通電部を備えることで、流体状態検出装置の起動時におけるホイートストンブリッジ回路の各部の電位状態が不適切な状態であっても、当該装置の起動後、迅速にホイートストンブリッジ回路の通電制御を実行できる。

【発明の効果】

【0036】

本発明の流体状態検出装置によれば、当該装置の起動時におけるホイートストンブリッジ回路の各部の電位状態が不適切な状態であっても、迅速にホイートストンブリッジ回路の通電制御を実行できる。

【図面の簡単な説明】

【0037】

【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。

【図5】第２可燃性ガス検出装置の全体構成を説明する図である。

【図6】第３可燃性ガス検出装置の全体構成を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0038】

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。

【0039】

［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。

【0040】

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、水素ガスの濃度を検出する（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。

【0041】

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。

【0042】

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。ガス検出素子１０は、凹部１３が形成された裏面が被検出雰囲気に晒された状態で配置されるものである。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

［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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

なお、第１ブリッジ固定抵抗２１１は、第２ブリッジ固定抵抗２１２および可変抵抗部２１３と比べて、相対的に劣化しがたい抵抗素子（換言すれば、経時的劣化または環境負荷による劣化（温度や湿度、通電などの影響による劣化）に由来した抵抗値の変化割合が小さい特性を有している抵抗素子）で構成されている。

【0062】

本実施形態では、高温高湿負荷試験（８５℃／８５％ＲＨの環境下で、定格電力の１０分の１の電力を、９０分ＯＮ／３０分ＯＦＦの切替を１０００Ｈにわたり繰り返す負荷試験）における抵抗変動率が０．５％以内の抵抗素子を用いた。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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、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。

【0073】

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。

【0074】

なお、演算増幅器２２１の出力端子は、第１接続抵抗２２４および第２接続抵抗２２５を介して、定温度制御回路２３１に接続されている。
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。

【0075】

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。

【0076】

電流調整回路２３０は、定温度制御回路２３１を備える。
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、増幅回路２２０から出力される調整信号Ｃ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．強制通電回路］
通電制御回路２１は、直流電源４０からブリッジ回路２１０への電流供給を開始するように定温度制御回路２３１を制御するための強制通電回路２３３を備えている。

【0082】

強制通電回路２３３は、演算部３０からの強制作動信号Ｓ１に従ってオン，オフ動作するＦＥＴを備えて構成されている。このＦＥＴは、ｎチャネル型ＦＥＴであり、ゲートが演算部３０に接続され、ドレインが制御ラインＣＬ１を介して定温度制御回路２３１に接続され、ソースがグランドに設置されている。なお、このＦＥＴのドレインは、制御ラインＣＬ１のうち第１接続抵抗２２４および第２接続抵抗２２５の間に接続されている。

【0083】

強制通電回路２３３は、強制作動信号Ｓ１に従ってＦＥＴがオン状態になると、制御ラインＣＬ１を介して定温度制御回路２３１に対して強制通電信号Ｓｆを出力する。定温度制御回路２３１は、強制通電信号Ｓｆが入力されると、ブリッジ回路２１０へ電流供給を実行する。

【0084】

これにより、定温度制御回路２３１は、上述した調整信号Ｃのみならず、強制通電回路２３３から出力される強制通電信号Ｓｆによっても、ブリッジ回路２１０へ電流供給を開始するように構成されている。

【0085】

［１−４．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。

【0086】

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。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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。

【0090】

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。

【0091】

［１−５．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。

【0092】

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）。

【0093】

上述の記憶装置には、温度換算データと、電圧換算データと、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。

【0094】

電圧換算データとしては、発熱抵抗体１５の温度と発熱抵抗体１５の両端電圧との相関関係を表す電圧換算データが含まれる。
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。

【0095】

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。
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。

【0096】

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。

【0097】

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。

【0098】

［１−６．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。

【0099】

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。

【0100】

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。

【0101】

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。

【0102】

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。

【0103】

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。また、Ｓ１１０では、フィードバック制御異常カウンタＣＮＴをリセット（ＣＮＴ＝０）する処理も併せて実行する。

【0104】

次のＳ１２０では、強制通電回路２３３を用いたブリッジ回路２１０への電流供給（換言すれば、強制通電）を実行する。
具体的には、強制通電回路２３３（ＦＥＴ）をオン状態にするための強制作動信号Ｓ１を、強制通電回路２３３に対して出力する。本実施形態では、予め定められた強制通電時間（例えば、１．０［ｍＳｅｃ］）にわたり、強制通電回路２３３がオン状態となるように、強制作動信号Ｓ１を出力する。

【0105】

上述したように、強制通電回路２３３がオン状態になると、制御ラインＣＬ１を介して定温度制御回路２３１に対して強制通電信号Ｓｆが出力されて、定温度制御回路２３１は、直流電源４０からブリッジ回路２１０への電流供給を実行する。

【0106】

なお、強制通電時間が経過した後は、強制作動信号Ｓ１の出力を停止して、強制通電回路２３３をオフ状態に制御する。これにより、定温度制御回路２３１は、強制通電信号Ｓｆに基づくブリッジ回路２１０への電流供給を終了するが、このあとは、調整信号Ｃに基づくブリッジ回路２１０への電流供給を実行する。

【0107】

次のＳ１３０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を取得し、温度調整回路２５から温度電圧ＶＴを取得する。
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、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。

【0108】

次の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。

【0109】

【数1】

【0110】

次のＳ１５０では、Ｓ１３０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。

【0111】

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。

【0112】

【数2】

【0113】

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。
次のＳ１８０では、Ｓ１３０で得られた高温時電圧ＶＨと、Ｓ１３０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。

【0114】

次のＳ１９０では、Ｓ１３０で得られた高温時電圧ＶＨと、Ｓ１７０で得られた湿度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。

【0115】

次のＳ２００では、Ｓ１３０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。

【0116】

【数3】

【0117】

次のＳ２１０では、Ｓ１３０で得られた高温時電圧ＶＨ、Ｓ１３０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。

【0118】

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。

【0119】

【数4】

【0120】

次のＳ２３０では、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が異常状態であるか否かを判定し、肯定判定する場合にはＳ２４０に移行し、否定判定する場合にはＳ２７０に移行する。

【0121】

Ｓ２３０では、ブリッジ回路２１０へ電流供給されるべき状況であるにも関わらず、ブリッジ回路２１０への電流供給が行われていない場合に、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が異常状態であると判定する。具体的には、トップ電位Ｖ２１と予め定められた第１異常判定値Ｖｔｈ１との比較結果に基づいて、フィードバック制御が異常状態であるか否かを判定する。

【0122】

詳細には、トップ電位Ｖ２１が第１異常判定値Ｖｔｈ１以下である場合（Ｖ２１≦Ｖｔｈ１）に、フィードバック制御が異常状態であると判定する。
なお、本実施形態では、第１異常判定値Ｖｔｈ１は２．５［Ｖ］に設定されている。

【0123】

Ｓ２３０で肯定判定されてＳ２４０に移行すると、Ｓ２４０では、フィードバック制御異常カウンタＣＮＴをインクリメント（１加算。ＣＮＴ＝ＣＮＴ＋１。）する。
次のＳ２５０では、フィードバック制御異常カウンタＣＮＴが予め定められた許容回数Ｎｔｈよりも大きいか否かを判定しており、肯定判定する場合にはＳ２６０に移行し、否定判定する場合にはＳ１２０に移行する。なお、本実施形態では、許容回数Ｎｔｈに「３」が設定されている。

【0124】

Ｓ２５０で肯定判定されてＳ２６０に移行すると、Ｓ２６０では、ハードウェア異常確定と判定する。
つまり、強制通電（Ｓ１２０）を実行しているにも関わらず、フィードバック制御異常と判定（Ｓ２３０で肯定判定）される回数が許容回数を超える場合には、フィードバック制御の異常ではなく、ガス検出素子１０および制御部２０を含めた可燃性ガス検出装置１のいずれかの箇所におけるハードウェア異常（配線異常など）が発生していると考えられる。そのため、Ｓ２５０で肯定判定された場合、Ｓ２６０で、ハードウェア異常確定と判定する。

【0125】

Ｓ２６０の処理が完了すると、ガス濃度演算処理を終了する。
Ｓ２５０で否定判定されてＳ１２０に移行すると、Ｓ１２０では、上述のように、強制通電回路２３３を用いたブリッジ回路２１０への電流供給（換言すれば、強制通電）を実行する。

【0126】

これにより、定温度制御回路２３１は、強制通電信号Ｓｆに基づくブリッジ回路２１０への電流供給を実行する。定温度制御回路２３１は、強制通電信号Ｓｆに基づくブリッジ回路２１０への電流供給を終了した後は、調整信号Ｃに基づくブリッジ回路２１０への電流供給を実行する。

【0127】

Ｓ２３０で否定判定されてＳ２７０に移行すると、Ｓ２７０では、フィードバック制御異常カウンタＣＮＴをリセット（ＣＮＴ＝０）する。Ｓ２７０の処理が完了すると、Ｓ１３０に移行する。

【0128】

Ｓ１２０またはＳ２７０の処理が完了してＳ１３０に移行すると、Ｓ１３０では、上述のように、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を取得し、温度調整回路２５から温度電圧ＶＴを取得する。

【0129】

つまり、ガス濃度演算処理では、Ｓ１３０からＳ２２０までの処理を終了した後、フィードバック制御が異常状態であるか否かをＳ２３０で判定している。
また、ガス濃度演算処理では、Ｓ１２０からＳ２５０およびＳ２７０の上述の処理を繰り返し実行することで、ガス濃度を演算する。

【0130】

さらに、ガス濃度演算処理では、Ｓ２５０にて肯定判定されると、Ｓ２６０にてハードウェア異常確定と判定し、本処理を終了する。
上述のように、ガス濃度演算処理においては、起動後のＳ１２０で、強制通電回路２３３を用いたブリッジ回路２１０への電流供給（換言すれば、強制通電）を実行する。

【0131】

その後、Ｓ１３０〜Ｓ２２０での処理によりガス濃度Ｘ（水素濃度）を演算する。
さらに、ガス濃度Ｘを演算した後、Ｓ２３０にて、フィードバック制御が異常状態であると判定すると、Ｓ２４０を実行した後、Ｓ２５０にて、フィードバック制御異常カウンタＣＮＴと許容回数Ｎｔｈとの比較結果に基づいてハードウェア異常であるか否かを判定する。Ｓ２５０で否定判定されると、Ｓ１２０に移行して、強制通電回路２３３を用いたブリッジ回路２１０への電流供給（換言すれば、強制通電）を実行する。Ｓ２５０にて肯定判定されると、ハードウェア異常確定と判定して、ガス濃度演算処理を終了する。

【0132】

［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、当該装置の起動時（起動直後）に、ガス濃度演算処理のＳ１２０を実行することで、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の制御状態に関わらず、ブリッジ回路２１０への通電を行う。

【0133】

このため、可燃性ガス検出装置１は、当該装置の起動時におけるブリッジ回路２１０の各部（接続点Ｐ＋、接続点Ｐ−など）の電位状態が不適切な状態であっても、強制通電回路２３３を用いたブリッジ回路２１０への電流供給（換言すれば、強制通電）を実行することができる。

【0134】

このように、強制的にブリッジ回路２１０への通電を行うことで、ブリッジ回路２１０の各部の電位（接続点Ｐ＋、接続点Ｐ−など）が適正値に変化する。
この結果、増幅回路２２０および電流調整回路２３０は、適正な制御動作（フィードバック制御動作）が可能となり、増幅回路２２０および電流調整回路２３０によるブリッジ回路２１０への通電制御を適正に実行できる。

【0135】

また、強制通電回路２３３は、少なくとも可燃性ガス検出装置１の起動時に、ブリッジ回路２１０への通電を行うことから、可燃性ガス検出装置１の起動後、ブリッジ回路２１０の各部の電位を迅速に適正値に変化させることができる。

【0136】

よって、本実施形態の可燃性ガス検出装置１によれば、当該装置の起動後、迅速にブリッジ回路２１０の通電制御を実行できる。
次に、可燃性ガス検出装置１は、直流電源４０からブリッジ回路２１０への通電状態を制御するために増幅回路２２０および電流調整回路２３０を備えている。強制通電回路２３３は、電流調整回路２３０（定温度制御回路２３１）を強制的に通電状態に制御することで、ブリッジ回路２１０への通電を行う。

【0137】

これにより、可燃性ガス検出装置１の起動時におけるブリッジ回路２１０の各部の電位状態が不適切な状態であるために、増幅回路２２０により生成される調整信号Ｃが不適切であっても、強制通電回路２３３が電流調整回路２３０（定温度制御回路２３１）を強制的に通電状態に制御することで、ブリッジ回路２１０への通電を行うことができる。

【0138】

次に、可燃性ガス検出装置１においては、ガス濃度演算処理のＳ２３０で、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が異常状態であるか否かを判定し、異常状態と判定（肯定判定）すると、Ｓ２４０を実行した後、Ｓ２５０にて、ハードウェア異常であるか否かを判定する。Ｓ２５０で否定判定されると、Ｓ１２０に移行して、強制通電回路２３３を用いたブリッジ回路２１０への電流供給（換言すれば、強制通電）を実行する。

【0139】

このような可燃性ガス検出装置１は、起動時以外の任意の時期においても、ブリッジ回路２１０の各部の電位状態が不適切な状態となり増幅回路２２０および電流調整回路２３０によるフィードバック制御が異常状態（停止状態）となった場合には、強制通電回路２３３を用いたブリッジ回路２１０への電流供給を実行することができる。

【0140】

このように、強制的にブリッジ回路２１０への通電を行うことで、ブリッジ回路２１０の各部の電位（接続点Ｐ＋、接続点Ｐ−など）が適正値に変化する。この結果、増幅回路２２０および電流調整回路２３０は、適正な制御動作（フィードバック制御動作）が可能となり、増幅回路２２０および電流調整回路２３０によるブリッジ回路２１０への通電制御を適正に実行できる。

【0141】

よって、可燃性ガス検出装置１によれば、当該装置の起動時以外の任意の時期に、ブリッジ回路２１０の各部の電位状態が不適切な状態となり増幅回路２２０および電流調整回路２３０によるフィードバック制御が異常状態（停止状態）となった場合でも、強制通電回路２３３によるブリッジ回路２１０への電流供給を実行することで、増幅回路２２０および電流調整回路２３０によるブリッジ回路２１０への通電制御を適正に実行できる。

【0142】

なお、ガス濃度演算処理のＳ２３０で、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が異常状態ではないと判定された場合には、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が実行されているため、強制通電回路２３３によるブリッジ回路２１０への電流供給を実行する必要はない。

【0143】

また、可燃性ガス検出装置１は、Ｓ２５０で肯定判定されてハードウェア異常確定と判定されると（Ｓ２６０）、ガス濃度演算処理を終了することから、ハードウェア異常の発生時に、無駄にガス濃度演算処理が実行されるのを抑制できる。

【0144】

次に、可燃性ガス検出装置１は、水素ガス濃度を検出する用途に用いられるものであるため、温度や湿度などが大きく変化する環境に設置される場合があり、そのような環境変化の影響によって、当該装置の起動時におけるブリッジ回路２１０の各部の電位状態が不適切な状態となる場合がある。

【0145】

これに対して、可燃性ガス検出装置１は、強制通電回路２３３を備えることで、可燃性ガス検出装置１の起動時におけるブリッジ回路２１０の各部の電位状態が不適切な状態であっても、当該装置の起動後、迅速にブリッジ回路２１０の通電制御を実行できる。

【0146】

次に、可燃性ガス検出装置１においては、増幅回路２２０は、演算増幅器２２１の反転入力端子と出力端子との間に接続される帰還抵抗部を備えていない。
このような構成であれば、温度変化、経年劣化や環境変化などの影響による帰還抵抗部の抵抗値変化によって、増幅回路２２０の特性が変化することを抑制できる。これにより、温度変化、経年劣化や環境変化などの影響によってガス濃度Ｘ（水素濃度）の検出精度が低下することを抑制できる。

【0147】

つまり、増幅回路２２０が帰還抵抗部を用いて構成される場合には、温度変化、経年劣化や環境変化などの影響によって帰還抵抗部の抵抗値が変化すると、制御目標値が変動してしまい、ガス濃度Ｘ（水素濃度）の検出精度が低下する可能性がある。

【0148】

これに対して、可燃性ガス検出装置１は、帰還抵抗部を備えていない増幅回路２２０を備える構成であるため、温度変化、経年劣化や環境変化などの影響によるガス濃度Ｘ（水素濃度）の検出精度の低下を抑制できる。

【0149】

また、可燃性ガス検出装置１は、強制通電回路２３３を備えることで、当該装置の起動後、迅速にブリッジ回路２１０の通電制御を実行できることから、ブリッジ回路２１０の各部の電位状態を適切な状態に移行させる目的で帰還抵抗部を備えるブリッジ制御部を用いる必要が無くなる。

【0150】

［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、演算部３０が演算部の一例に相当する。

【0151】

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し、直流電源４０が電源装置の一例に相当する。

【0152】

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。

【0153】

ガス濃度演算処理におけるＳ１２０を実行する演算部３０および強制通電回路２３３が強制通電部の一例に相当する。
演算増幅器２２１が信号生成部の一例に相当し、定温度制御回路２３１が通電制御部の一例に相当する。

【0154】

ガス濃度演算処理におけるＳ２３０を実行する演算部３０が制御状態判定部の一例に相当する。
［２．第２実施形態］
上記実施形態では、強制通電部として、電流調整回路２３０（定温度制御回路２３１）を制御してブリッジ回路２１０への通電を行う強制通電回路２３３を備える構成について説明したが、本発明の流体状態検出装置は、このような構成に限られることはない。

【0155】

そこで、第２実施形態として、電流調整回路２３０（定温度制御回路２３１）とは異なる通電経路を介してブリッジ回路２１０への通電を行う第２強制通電回路２３４を備える第２可燃性ガス検出装置１０１について説明する。

【0156】

なお、第２可燃性ガス検出装置１０１は、可燃性ガス検出装置１と比べて共通する部分が多いため、以下の説明では、第２可燃性ガス検出装置１０１のうち、可燃性ガス検出装置１とは異なる部分を中心に説明する。

【0157】

図５は、第２可燃性ガス検出装置１０１の全体構成を説明する図である。
第２可燃性ガス検出装置１０１は、可燃性ガス検出装置１のうち強制通電回路２３３に代えて第２強制通電回路２３４を備えて構成されている。

【0158】

第２強制通電回路２３４は、定温度制御回路２３１に並列接続される形態で備えられており、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。第２強制通電回路２３４は、演算部３０から出力される強制作動信号Ｓ１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。

【0159】

第２強制通電回路２３４は、強制作動信号Ｓ１に従ってオン状態（通電状態）になると、直流電源４０からブリッジ回路２１０への電流供給を実行する。つまり、第２強制通電回路２３４は、定温度制御回路２３１とは異なる通電経路を介して、ブリッジ回路２１０へ電流供給を開始するように構成されている。

【0160】

また、第２可燃性ガス検出装置１０１のガス濃度演算処理では、Ｓ１２０において、第２強制通電回路２３４を用いたブリッジ回路２１０への電流供給（換言すれば、強制通電）を実行する。

【0161】

具体的には、第２強制通電回路２３４をオン状態にするための強制作動信号Ｓ１を、第２強制通電回路２３４に対して出力する。本実施形態では、予め定められた強制通電時間（例えば、１．０［ｍＳｅｃ］）にわたり、第２強制通電回路２３４がオン状態となるように、強制作動信号Ｓ１を出力する。

【0162】

上述したように、第２強制通電回路２３４がオン状態になることで、定温度制御回路２３１とは異なる通電経路を介して、直流電源４０からブリッジ回路２１０への電流供給を実行する。

【0163】

なお、強制通電時間が経過した後は、強制作動信号Ｓ１の出力を停止して、第２強制通電回路２３４をオフ状態に制御する。これにより、第２強制通電回路２３４によるブリッジ回路２１０への電流供給を終了するが、このあとは、定温度制御回路２３１（詳細には、増幅回路２２０および電流調整回路２３０）によるブリッジ回路２１０への電流供給が実行される。

【0164】

なお、第２可燃性ガス検出装置１０１のガス濃度演算処理におけるＳ１１０、Ｓ１３０〜Ｓ２７０の処理内容は、第１実施形態の可燃性ガス検出装置１のガス濃度演算処理における処理内容と同様である。

【0165】

以上説明したように、第２可燃性ガス検出装置１０１は、可燃性ガス検出装置１と同様に、当該装置の起動時（起動直後）に、ガス濃度演算処理のＳ１２０を実行することで、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の制御状態に関わらず、ブリッジ回路２１０への通電を行う。

【0166】

このため、第２可燃性ガス検出装置１０１は、当該装置の起動時におけるブリッジ回路２１０の各部（接続点Ｐ＋、接続点Ｐ−など）の電位状態が不適切な状態であっても、第２強制通電回路２３４を用いたブリッジ回路２１０への電流供給（換言すれば、強制通電）を実行することができる。

【0167】

このように、強制的にブリッジ回路２１０への通電を行うことで、ブリッジ回路２１０の各部の電位（接続点Ｐ＋、接続点Ｐ−など）が適正値に変化する。
この結果、増幅回路２２０および電流調整回路２３０は、適正な制御動作（フィードバック制御動作）が可能となり、増幅回路２２０および電流調整回路２３０によるブリッジ回路２１０への通電制御を適正に実行できる。

【0168】

また、第２強制通電回路２３４は、少なくとも第２可燃性ガス検出装置１０１の起動時に、ブリッジ回路２１０への通電を行うことから、第２可燃性ガス検出装置１０１の起動後、ブリッジ回路２１０の各部の電位を迅速に適正値に変化させることができる。

【0169】

よって、第２可燃性ガス検出装置１０１によれば、当該装置の起動後、迅速にブリッジ回路２１０の通電制御を実行できる。
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。

【0170】

第２可燃性ガス検出装置１０１が流体状態検出装置の一例に相当し、ガス濃度演算処理におけるＳ１２０を実行する演算部３０および第２強制通電回路２３４が強制通電部の一例に相当する。

【0171】

［３．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。

【0172】

例えば、第１異常判定値Ｖｔｈ１は、上記数値に限られることはなく、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が異常状態であることを判定できる数値であれば、任意の値を設定してもよい。また、許容回数Ｎｔｈは、上記数値に限られることはなく、ハードウェア異常を判定できる数値であれば、任意の値を設定してもよい。さらに、第１実施形態では、強制通電回路２３３をＦＥＴにて構成しているが、回路構成はこれに限られることはなく、トランジスタやリレーなどを用いて構成してもよい。

【0173】

次に、上記実施形態では、演算増幅器２２１の反転入力端子と出力端子との間に接続される帰還抵抗部を備えていない増幅回路２２０を備える可燃性ガス検出装置について説明したが、本発明の流体状態検出装置は、このような構成に限られることはない。

【0174】

つまり、増幅回路２２０は、演算増幅器２２１の反転入力端子と出力端子との間に接続される帰還抵抗部を備えても良い。この場合、帰還抵抗部に対して並列接続されるコンデンサを備えても良い。

【0175】

具体的には、図６に示す第３可燃性ガス検出装置２０１のように、帰還抵抗２２６およびコンデンサ２２７が、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る構成の第２増幅回路２４０を備えても良い。

【0176】

なお、第３可燃性ガス検出装置２０１は、第２可燃性ガス検出装置１０１のうち増幅回路２２０に代えて第２増幅回路２４０を備えて構成されている。
このような構成の第３可燃性ガス検出装置２０１においては、当該装置の起動後、迅速にブリッジ回路２１０の通電制御を実行できるとともに、帰還抵抗部を備えることによる作用効果（例えば、第２増幅回路２４０および電流調整回路２３０での制御状態が安定化するなどの作用効果）を得ることができる。

【符号の説明】

【0177】

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、１０１…第２可燃性ガス検出装置、２０１…第３可燃性ガス検出装置、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、２３３…強制通電回路、２３４…第２強制通電回路、２４０…第２増幅回路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】