特許 6679993 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】6679993

(24)【登録日】2020年3月24日

(45)【発行日】2020年4月15日

(54)【発明の名称】ガス検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/18 20060101AFI20200406BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/18

【請求項の数】2

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2016-41767(P2016-41767)

(22)【出願日】2016年3月4日

(65)【公開番号】特開2017-156293(P2017-156293A)

(43)【公開日】2017年9月7日

【審査請求日】2018年11月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】海田 佳生

(72)【発明者】

【氏名】波多 徹雄

【審査官】 蔵田 真彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−２２７８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２２７８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０２０８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１６４７２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第００６９８７８６（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２５／００−２７／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空間の熱伝導の違いによる温度変化を基に測定対象ガスの濃度を測定する第１のセンサ素子と、前記第１のセンサ素子を加熱する第１のヒータと、
前記第１のセンサ素子の基準抵抗とする第２のセンサ素子と前記第２のセンサ素子を加熱する第２のヒータと、
前記第１のセンサ素子と、前記第２のセンサ素子とによってブリッジ回路を構成するガスセンサ素子と、前記ガスセンサ素子からの値を入力する信号増幅回路と、前記信号増幅回路からの出力電圧値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記ガスセンサ素子に対してバイアス電圧を印加し、前記第１、第２のセンサ素子を加熱するヒータに電圧を印加すると共に、前記信号増幅回路に基準電圧を印加するＤ／Ａ変換器と、ＭＰＵとで構成される制御回路とを備えるガス検出装置であって、
前記制御回路は、
前記第１のヒータと前記第２のヒータとに、それぞれ振幅の異なるパルス電圧を同時に印加することにより前記第１、第２のセンサ素子を加熱し、前記第１、第２のセンサ素子の温度変化を電圧変化に置換する第１の測定と、
前記第１のヒータと前記第２のヒータとに、同じ振幅のパルス電圧を同時に印加して前記第１、第２のセンサ素子を加熱し、前記第１、第２のセンサ素子の温度変化を電圧変化に置換する第２の測定と、を行い、前記第１のヒータと前記第２のヒータとに、同じ振幅のパルス電圧を同時に印加して前記第１、第２のセンサ素子を加熱し、前記第１、第２のセンサ素子の温度変化を電圧変化に置換する第２の測定によって得られる値をＶｒ出力値として前記ＭＰＵに取り込み、初回のＶｒ出力値との差によって生じる前記ブリッジ回路のドリフト分を演算によって求めるとともに、ドリフトが生じていれば、数式１で求めた補正係数を前記ドリフト分に乗算することによって得られた値を、

Ｋ=（Ｖｄｎ−Ｖｄ０１）/（Ｖｒｎ−Ｖｒ０１） 数式１
Ｋ：補正係数
Ｖｄｎ：測定１で得られた測定値
Ｖｄ０１：測定１で得られた初回測定の値
Ｖｒｎ：測定２で得られた測定値
Ｖｒ０１：測定２で得られた初回測定の値

前記第１のヒータと前記第２のヒータとに、それぞれ振幅の異なるパルス電圧を同時に印加することにより前記第１、第２のセンサ素子を加熱し、前記第１、第２のセンサ素子の温度変化を電圧変化に置換する第１の測定によって得られるＶｄ出力値に合算することにより、Ｖｄ出力値のドリフトを補正することを特徴とするガス検出装置。

【請求項2】

前記第１のヒータと前記第２のヒータとに、定められたＯＮ／ＯＦＦの間隔で同じ振幅のパルス電圧を同時に印加して、前記第１のセンサ素子と、第２のセンサ素子とを加熱する時の加熱温度は、ガス検出装置が使用される環境温度よりも高温で且つ、１００℃以下であることを特徴とする請求項１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、雰囲気中に含まれるガスを検出することに用いることが出来るガス検出装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、ガス検出装置として接触燃焼式、半導体式、熱伝導式などが知られている。これらの方式は、ヒータ等で加熱されたセンサ素子の抵抗が雰囲気中の検出対象ガスの存在によって変化することを利用してガス濃度を検出するものである。

【0003】

特許文献１では、１つの感温抵抗体と複数の固定抵抗とでブリッジ回路を構成し、スイッチにより感温抵抗体と接続する抵抗を切り替えることにより、感温抵抗体を加熱する温度を切り替えながら、感温抵抗体の熱放散が湿度により変化することを利用して湿度を測定する方法が提案されている。

【0004】

特許文献２では、１つの発熱抵抗体と固定抵抗とでブリッジ回路を構成し、発熱抵抗体からの出力電圧に対するオフセット電圧を固定抵抗によるブリッジ回路で設定し、発熱抵抗体からの出力電圧と、オフセット電圧との電圧差を増幅する方法が提案されている。

【0005】

特許文献３では、複数の感熱素子でブリッジ回路を構成し、ブリッジ回路を構成する感熱素子を加熱するヒータに印加する電圧について、印加電圧及び印加時間を揃える方法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平８−１８４５７６号公報

【特許文献2】特開２０１２−２０２９３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上記従来の技術には以下の課題が残されている。特許文献１の方法では、温度による抵抗値のオフセットを小さく抑えることは出来ても、感温抵抗体の経時変化による温度係数のドリフトは抑えることは出来ないため、湿度検出装置の稼働時間の経過とともに検出される湿度値の測定精度が低下していくこととなる。

【0008】

特許文献２の構成では、オフセット電圧が一定であるため、発熱抵抗体の経時変化に伴い、発熱抵抗体によるガス検出の精度が低下していくこととなる。

【0009】

感温抵抗体の経時変化を抑制する方法として、同じ経時変化を有するガスセンサ素子同士でブリッジ回路を構成する方法が考えられる。ガスセンサ素子同士でブリッジ回路を構成するため、ブリッジを組んでいるガスセンサ素子同士の経時変化量が等しければ、互いのガスセンサ素子に生じた経時変化量がキャンセルされるために、高精度な測定が可能となる。しかし、ガスセンサ素子同士の経時変化量が異なれば、差異分だけ、ガス検出の精度低下が生じることとなる。

【0010】

空気に比べて熱伝導率が非常に大きい水素等を検出する場合は、空間の熱伝導の違いが大きく、ガスセンサ素子の感度も高くなるために、ガスセンサ素子同士の経時変化量に差異が生じても問題にならない。

【0011】

しかし、空気と熱伝導率が近い、一酸化炭素・二酸化炭素等を検出する場合には、空間の熱伝導の違いが小さく、ガスセンサ素子の感度が水素等を検出する時に比べて低く出るためにガスセンサ素子同士の経時変化量の差異を極力抑える必要がある。

【0012】

図１０は、図９に記載のガスセンサ素子５１を用いて、薄膜サーミスタ５９の加熱温度に対する、第１のセンサ素子５２の経時変化によって生じるドリフトの影響による検出対象ガスの検出誤差を示すグラフであり、Ｘ軸にセンサ使用による経過時間を、Ｙ軸の主軸に第１のセンサ素子５２の素子単体による炭酸ガス検出誤差を、Ｙ軸の２軸に第１の感熱素子５２と第２のセンサ素子５３とのブリッジ構成による炭酸ガス検出誤差及び、水素ガス検出誤差を取ったものである。

【0013】

図１０のグラフに於いて、ガスセンサ素子５１が素子単体の構成では、センサ使用の経過時間が１０００ｈｒに達すると、経時変化によって生じるドリフトの影響による炭酸ガスの検出誤差が≒５００００ｐｐｍとなる。特許文献３に記載があるように、第１のセンサ素子５２と第２のセンサ素子５３とでブリッジ構成を取ることにより、検出対象が水素ガスの場合は、検出誤差が≒２００ｐｐｍ以下に抑えられているが、検出対象が炭酸ガスになると、検出誤差が≒３０００ｐｐｍと大きくなる。

【0014】

そこで本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、複数のセンサ素子とヒータを用いて、対象ガスを検知するガス検出装置に於いて、ヒータの加熱によるセンサ素子の抵抗値が、経時変化によって変動することで生じるセンサの検出誤差を、複雑な回路を用いることなく低減が可能となるガス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】

上記の目的を達成するため、本発明に係わるガス検出装置は、空間の熱伝導の違いによる温度変化を基に測定対象ガスの濃度を測定する第１のセンサ素子と、前記第１のセンサ素子を加熱する第１のヒータと、前記第１のセンサ素子の基準抵抗とする第２のセンサ素子と前記第２のセンサ素子を加熱する第２のヒータと、前記第１のセンサ素子と、前記第２のセンサ素子とによってブリッジ回路を構成し、前記第１のヒータと前記第２のヒータとに、それぞれ定められた電圧を同時に印加して前記第１、第２のセンサ素子を加熱し、前記第１、第２のセンサ素子の温度変化を電圧変化に置換する第１の測定と、前記第１のヒータと前記第２のヒータとに、前記第１の測定とは異なる電圧を同時に印加して前記第１、第２のセンサ素子を加熱し、前記第１、第２のセンサ素子の温度変化を電圧変化に置換する第２の測定と、前記第１及び第２の測定による値を制御回路内のＭＰＵに入力し、ＭＰＵにて、前記第２の測定値のドリフト量を求めると共に、前記第１の測定値のドリフト量に変換するための補正係数と乗算して求めた値を、前記第１の測定値と合算し、ガス濃度の演算を行うことを特徴とするガス検出装置である。

【0016】

本発明の請求項２に係わる発明は、前記制御回路は、前記ブリッジ回路からの前記第１及び第２の測定による値を入力する信号増幅回路と、前記信号増幅回路からの出力電圧値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記ブリッジ回路に対してバイアス電圧を印加し、前記第１、第２のセンサ素子を加熱するヒータに電圧を印加すると共に、前記信号増幅回路に基準電圧を印加するＤ／Ａ変換器と、前記ＭＰＵとで構成されており、前記ＭＰＵは、前記Ａ／Ｄ変換器と前記Ｄ／Ａ変換器に対する信号の入出力を行うと共に、前記第２の測定による値を基に前記ブリッジ回路の測定開始時からのドリフト量を算出し、前記補正係数とを乗算してガス濃度補正値を算出すると共に、前記第１の測定による値に前記ガス濃度補正値を合算し、ガス濃度の演算を行うことを特徴とする請求項１に記載のガス検出装置である。

【0017】

本発明の請求項３に係わる発明は、前記第２の測定は、前記第１のセンサ素子と前記第２のセンサ素子とが、同温度で同時に加熱されるように、前記第１のヒータと前記第２のヒータに同電圧を同時に印加す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である。

【0018】

本発明の請求項４に係わる発明は、空間の熱伝導の違いによる温度変化を基に測定対象ガスの濃度を測定する第１のセンサ素子と、前記第１のセンサ素子を加熱する第１のヒータと、前記第１のセンサ素子の基準抵抗とする第２のセンサ素子と前記第２のセンサ素子を加熱する第２のヒータと、前記第１のセンサ素子と、前記第２のセンサ素子とによってブリッジ回路を構成し、前記第１のヒータと前記第２のヒータとに、それぞれ定められた電圧を同時に印加して前記第１、第２のセンサ素子を加熱し、前記第１、第２のセンサ素子の温度変化を電圧変化に置換する第１の測定と、前記第１のヒータと前記第２のヒータとに、同電圧を同時に印加して、前記第１、第２のセンサ素子の温度変化を電圧変化に置換する第２の測定と、前記第１のヒータと前記第２のヒータとに、前記第１及び第２の測定とは異なる電圧を同時に印加し、前記第１、第２のセンサ素子の温度変化を電圧変化に置換する第３の測定と、前記第１、第２及び第３の測定による値を制御回路内の前記ＭＰＵに入力し、前記ＭＰＵにて、前記第２の測定値のドリフト量を求めると共に、前記第１及び第３の測定値のドリフト量に変換するための補正係数と乗算して求めたそれぞれの値を、前記第１及び前記第３の測定値と合算し、ガス濃度の演算を行うことを特徴とするガス検出装置である。

【0019】

本発明の請求項５に係わる発明は、前記第１のヒータと前記第２のヒータとに、同電圧を印加して、前記第１のセンサ素子と、前記第２のセンサ素子とを加熱する時の加熱温度は、ガス検出装置が使用される環境温度よりも高温で且つ、１００℃以下であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか1項に記載のガス検出装置である。

【発明の効果】

【0020】

第１のセンサ素子と、第１のセンサ素子の基準抵抗として使用する第２のセンサ素子の双方に同じタイミングで同じ熱的負荷を加えた時のブリッジ回路からの出力値を基に、測定開始時からの前記ブリッジ回路のドリフト量と、ガス測定時のセンサ素子の加熱温度に対する補正係数とを乗算してガス濃度補正値を算出し、ガス濃度の測定値と合算することで、センサ素子の経時変化による影響を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】第１の実施形態に於けるガスセンサ素子の構造断面図である。

【図2】第１の実施形態に於けるガス検出装置の回路構成図である。

【図3】第１の実施形態に於けるガス検出装置の動作タイミングを示す図である。

【図4】第１の実施形態に於けるガス検出装置の演算手順を示すフローチャートである。

【図5】第１の実施形態に於けるブリッジ回路出力に対する補正係数である。

【図6】第１の実施形態に於けるドリフト補正の有効性を示すグラフである。

【図7】第２の実施形態に於けるガス検出装置の動作タイミングを示す図である。

【図8】第２の実施形態に於けるガス検出装置の演算手順を示すフローチャートである。

【図9】従来のガスセンサ素子の構造断面図である。

【図10】従来の検出手段に於けるドリフトの影響によるガス検出誤差を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。

【0023】

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態のガスセンサ素子を説明するための断面構造図である。本実施形態によるガスセンサ素子１は、対象ガスによる温度変化を検出する第１のセンサ素子２と、第１のセンサ素子２の基準抵抗となる第２のセンサ素子３を有し、測定環境に暴露された同じ空間に配置される。本実施例では、セラミックパッケージ１５に第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３を配置し、測定環境に暴露させるために通気口１７を備えたリッド１６によりガスセンサ素子１を形成した。なお、図面は、模式的なものであり、説明の便宜上、厚みと平面寸法との関係、及びデバイス相互間の厚みの比率は、本実施形態の効果が得られる範囲内で現実のセンサ構造とは異なっていてもよい。

【0024】

第１のセンサ素子２は、基板４、絶縁膜５、第１のヒータ７Ａ、ヒータ保護膜６、薄膜サーミスタ電極８、薄膜サーミスタ９、薄膜サーミスタ保護膜１１を備える。

【0025】

第２のセンサ素子３は第１のセンサ素子２と素子抵抗値を除き、同様に構成されている。このような構成にすることで、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３の抵抗値以外の素子特性を同じにすることができる。すなわち、熱容量の違いによる応答時間の差がなく、環境温度の変化に対しては、同じ挙動とすることができる。

【0026】

第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３を隣接させて同時に形成することで、製造工程におけるばらつきを低減することが出来るので、センサ素子間の特性が揃ったものを作ることができる。これにより、センサ素子間の特性を組み合わせるといった選別工程をなくすことができる。

【0027】

基板４としては、適度な機械的強度を有し、且つエッチングなどの微細加工に適した材質であれば、特に限定されるものではない。例えば、シリコン単結晶基板、サファイア単結晶基板、セラミック基板、石英基板、ガラス基板などが好適である。基板の表面および裏面には、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜などの絶縁膜５が形成される。絶縁膜５として、例えばシリコン酸化膜を形成するには、熱酸化法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による成膜法を適用すればよい。膜厚は、絶縁膜８上に形成する膜と基板との絶縁がとれ、且つキャビティ１０を形成する際のエッチング停止層として機能すればよい。通常０．１〜１．０μｍ程度が好適である。

【0028】

基板４には、第１のヒータ７Ａを高温動作させた時に、熱が基板へ伝導するのを抑制するために第１のヒータ７Ａの位置に対応して基板の一部を薄肉化したキャビティ１０を有している。このキャビティ１０により基板が取り除かれた部分はメンブレンと呼ばれる。メンブレンでは基板を薄肉化した分だけ熱容量が小さくなるため、非常に少ない消費電力で第１のヒータ７Ａを高温にすることができる。また、基板４への伝導経路が数μｍの薄膜部分のみで形成された断熱構造であるため、基板４への熱伝導が小さく、効率よく第１のヒータ７Ａを高温にすることができる。

【0029】

第１のヒータ７Ａの材質としては、薄膜サーミスタ９の成膜工程および熱処理工程などのプロセスに耐えうる導電性物質で比較的高融点の材料からなる金属層であって、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、パラジウム(Ｐｄ)、イリジウム（Ｉｒ）又はこれら何れか２種以上を含む合金などが好適である。また、イオンミリングなどの高精度なドライエッチングが可能である導電材質であることが好ましく、さらに耐腐食性が高い、Ｐｔなどがより好適である。また絶縁膜５との密着性を向上させるためにはＰｔの下部にはチタン(Ｔｉ)などの密着層を形成するのが好ましい。

【0030】

ガスによる第１のヒータ７Ａの温度検出用の感熱体として、薄膜サーミスタ９が形成されている。薄膜サーミスタ９は薄膜サーミスタ電極８を備え、第１のヒータ７Ａを覆うように形成される。これにより第１のヒータ７Ａの温度を直接検出することができる。

【0031】

薄膜サーミスタ９を形成するサーミスタの材質としては、複合金属酸化物、アモルファスシリコン、ポリシリコン、ゲルマニウムなどの負の抵抗温度係数を持つ材料をスパッタ法、ＣＶＤなどの薄膜プロセスを用いて形成する。膜厚は目標とするサーミスタ抵抗値に応じて調整すればよく、例えばＭｎＮｉＣｏ系酸化物を用いて室温での抵抗値（Ｒ２５）を２MΩ程度に設定するのであれば、素子の電極間の距離にもよるが０．２〜１μｍ程度の膜厚に設定すればよい。

【0032】

なお、第１のヒータ７Ａの温度検出としては薄膜サーミスタ９が好適である。まず、薄膜の積層構造であるために、ヒータ７Ａの発熱を直上にて直接検出することができる。また、白金測温体などに比べて抵抗温度係数が大きいために、検出感度を大きくすることができるためである。

【0033】

薄膜サーミスタ９の電気信号を取り出す為に、薄膜サーミスタ電極８が形成される。薄膜サーミスタ電極８の材質としては、薄膜サーミスタ９の成膜工程および熱処理工程などのプロセスに耐えうる導電性物質で比較的高融点の材料、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、パラジウム(Ｐｄ)、イリジウム（Ｉｒ）又はこれら何れか２種以上を含む合金などが好適である。

【0034】

ヒータ７Ａ及び絶縁膜５を覆うようにヒータ保護膜６が形成される。ヒータ保護膜６としては、絶縁膜５と同じ材料であることが望ましい。ヒータ７Ａは数百度にまで上昇し、次に常温へ下がるという熱ストレスを繰り返し受ける。この熱ストレスを継続的に受けると層間剥離やクラックといった破壊につながる。同じ材料同士は、異種材料を積層した場合に比べて材料特性が同じであり密着性が強固で機械的強度も強い。このため、ヒータ７Ａの熱ストレスに対しても破壊を防止することができる。ヒータ保護膜６として、例えばシリコン酸化膜を形成するには、熱酸化法やＣＶＤによる成膜法を適用すればよい。膜厚は、ヒータ７Ａを確実に覆うことができ層間絶縁ができる厚みが良い。通常０．１〜３．０μｍ程度が好適である。

【0035】

また、薄膜サーミスタ９に、複合金属酸化物等を利用する場合においては、ヒータ保護膜６は、絶縁性を有する酸化膜であることが望ましく、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等が望ましい。ヒータ保護膜６の上には薄膜サーミスタ９および薄膜サーミスタ電極８が形成される。ヒータ保護膜６は、ヒータ７Ａの保護膜であると同時に、薄膜サーミスタ９の下地層でもあり、薄膜サーミスタ９と直接接触する。

【0036】

複合金属酸化物を利用したサーミスタは、高温で還元劣化があるためサーミスタ全体を耐還元材料でコーティングする方法が知られている。即ち、サーミスタを還元性を持つ材料と接触させて高温状態にすると、サーミスタから酸素を奪って還元を引き起こし、サーミスタ特性に影響を与えてしまう。よって薄膜サーミスタ保護膜１１においてもシリコン酸化膜等の絶縁性を有する酸化膜であることが望ましい。

【0037】

また、同様な理由により、薄膜サーミスタ電極８は薄膜サーミスタ９の基板側に形成されていることが望ましい。すなわち、ヒータ７Ａ上に、絶縁層であるヒータ保護膜６を介して、薄膜サーミスタ電極８、薄膜サーミスタ９の順に積層し形成されている。つまり、薄膜サーミスタ電極８の上に薄膜サーミスタ９が形成される。一般的に、薄膜電極は、電極材料と下地との密着力を上げるために密着層が形成される。例えばクロム（Ｃｒ）やチタン（Ｔｉ）等が数ｎｍ程度の膜厚で形成される。薄膜サーミスタ９上に薄膜サーミスタ電極１１が形成された場合、この密着層が直接薄膜サーミスタと接触し、サーミスタからの酸素を奪う等により酸化することで、界面抵抗が上昇し薄膜サーミスタ９の検出特性が変動してしまい好ましくない。

【0038】

薄膜サーミスタ電極８、ヒータ７Ａは、電極パッド１２と接続される。電極パッド１２は、ワイヤーボンドなどでセラミックパッケージ電極１４などを通して外部の回路と電気的接続され、例えばアルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）などの材料で形成され、必要に応じて積層してもよい。

【0039】

センサ素子は、ウエハ状態から個片へと切断された後、ダイペースト（図示せず）を用いてセラミックパッケージ１５に固定した後、電極パッド１２と、パッケージ電極１４を、ワイヤボンディング装置を用いて、ワイヤ１３で接続する。ワイヤ１３はＡｕ、Ａｌ、Ｃｕなど、抵抗の低い金属ワイヤが好適である。

【0040】

最後に、セラミックパッケージ１５と外気との通気口１７を設けたリッド１６を、樹脂（図示せず）を用いて固定する。この際、樹脂（図示せず）の硬化の加熱時に、樹脂に含まれる物質がガスとなって発生するが、通気口１７により容易にパッケージ外へ放出されるため、素子自体に悪影響を与えることはない。以上によりガスセンサ素子１を得ることができる。

【0041】

図２は本実施形態に於けるガス検出装置の回路構成図である。ガス検出装置は、ガスセンサ素子１と制御回路２１とで構成されている。

【0042】

ガスセンサ素子１は第１のセンサ素子２と前記第１のセンサ素子２を加熱する第１のヒータ７Ａと、第１の感熱素子２の基準抵抗となる第２のセンサ素子３と第２のヒータ７Ｂで構成され、前記、第１のセンサ素子２と第２の感センサ素子３は直列に接続される。すなわち第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３は、ブリッジ回路を構成し、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３の中点電圧を測定することにより、各々のセンサ素子による温度変化を検出する。第１のセンサ素子２への加熱は第１のヒータ７Ａで行い、第２のセンサ素子３への加熱は第２のヒータ７Ｂにより行い、ヒータ７Ａ、７Ｂは各々独立に制御し駆動するよう構成されている。

【0043】

制御回路２１は、ガスセンサ素子１からの信号を増幅するアンプ２２と、アンプ２２からの信号及び、温度センサ２７からの信号を、アナログ−デジタル変換を行うＡ／Ｄコンバータ２３と、ガスセンサ素子１のヒータ７Ａとヒータ７Ｂへのパルス電圧及び、センサ素子１とセンサ素子２で構成されるブリッジ回路へのバイアス電圧の印加及び、アンプ２２への基準電圧の印加を行うＤ／Ａコンバータ２４と、Ａ／Ｄコンバータ２３とＤ／Ａコンバータ２４の制御及び、ガス濃度の算出を行うＭＰＵ２５と、回路に電源を供給する定電圧電源２６とで構成されている。

【0044】

図３は本実施形態に於けるガス検出装置の動作タイミングを示す図であり、図４は、本実施形態に於けるガス検出装置の演算手順を示す図である。図３及び図４を用いてガス検知の動作について説明をする。

【0045】

ステップ３１にて、温度センサ２７からの信号をＡ／Ｄコンバータ２３を通してＭＰＵ２５に読み込む。

【0046】

ステップ３２にて、ＭＰＵ２５は、温度演算を実行して、アンプ２２への基準電圧及び、第１のヒータ７Ａ及び第２のヒータ７Ｂへ出力する電圧を決定する。第１のヒータ７Ａ及び第２のヒータ７Ｂへ出力する電圧は、第１のセンサ素子２及び第２のセンサ素子３が予め定められた温度で加熱されるように調整される。

【0047】

ステップ３３にて、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とで構成されるブリッジ回路にバイアス電圧を、アンプ２２に基準電圧（Ｖｒｅｆ）を、Ｄ／Ａコンバータ２４より印加する。バイアス電圧及び基準電圧を印加してしてから一定時間経過後に、第１のヒータ７Ａ及び第２のヒータ７Ｂに、ステップ３２で決定された電圧を印加する（図３に於けるＶｍ１及びＶｍ３）。尚、基準電圧は、検知対象ガスが雰囲気中に無く検出されない時のＶｄ出力値と同電圧値である。

【0048】

第１のヒータ７Ａと第２のヒータ７Ｂとに同時に電圧を印加して、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とを同時に加熱する。この時、第１のセンサ素子２を加熱する第１のヒータ７Ａへの通電電圧は、測定対象とするガスを効率良く検出するための温度に第１のセンサ素子２を加熱する電圧であり、第２のセンサ素子３を加熱する第２のヒータ７Ｂへの通電電圧は、ガス検出装置が使用される環境温度よりも高温である。第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とを、それぞれどの温度に加熱するかは、予め決められている。第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とを同時に加熱することにより、センサ素子に対する環境温度変化による影響を抑えて、ガス検出を行うことが出来る。

【0049】

ステップ３４にて、第１のヒータ７Ａ及び第２のヒータ７Ｂに電圧を印加して一定時間経過後に、ブリッジ回路からのＶｄ出力値（第１の測定）を、アンプ２２及びＡ／Ｄコンバータ２３を経由してＭＰＵ２５に取り込む。

【0050】

ステップ３５にて、ＭＰＵ２５にＶｄ出力値を取り込み後、第１のヒータ７Ａ及び第２のヒータ７Ｂへの電圧印加をＯＦＦとする。

【0051】

ステップ３６にて、アンプ２２に基準電圧（Ｖｒｅｆ）をＤ／Ａコンバータ２４より印加する。基準電圧を印加してしてから一定時間経過後に、第１のヒータ７Ａ及び第２のヒータ７Ｂに、ステップ３２で決定されたステップ３３とは異なる電圧を印加する（図３に於けるＶｍ２及びＶｍ４）。

【0052】

第１のヒータ７Ａと第２のヒータ７Ｂとに同時に電圧を印加して、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とを同時に加熱する。この時、第１のセンサ素子２を加熱する第１のヒータ７Ａへの通電電圧と、第２のセンサ素子３を加熱する第２のヒータ７Ｂへの通電電圧とは、同電圧であり、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とが同じ温度で且つ、ガス検出装置が使用される環境温度よりも高温に加熱される。第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とを、どの温度に加熱するかは、予め決められている。第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とを同時に加熱することにより、センサ素子に対する環境温度変化による影響を抑えた測定ができる。

【0053】

ステップ３７にて、第１のヒータ７Ａ及び第２のヒータ７Ｂに電圧を印加して一定時間経過後に、ブリッジ回路からのＶｒ出力値（第２の測定）を、アンプ２２及びＡ／Ｄコンバータ２３を経由してＭＰＵ２５に取り込む。
Ｖｒ出力値は、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とを、環境温度に関係なく同温度で加熱されるように制御されているため、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とに経時変化等による抵抗変化が生じていなければ、ドリフトが生じることなく、Ｖｒ出力値は、毎回同電圧が出力される。しかし、初回のＶｒ出力値に比べて、異なった電圧値が出力された場合、初回のＶｒ出力値との電位差が、経時変化によるドリフト分となる。このドリフト分を補正することにより、ガス検出の精度を向上させることが出来る。

【0054】

ステップ３８にて、ＭＰＵ２５にＶｒ出力値を取り込み後、第１のヒータ７Ａ及び第２のヒータ７Ｂへの電圧印加及び、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とで構成されるブリッジ回路へのバイアス電圧印加をＯＦＦとする

【0055】

ステップ３９にて、第２のヒータ７Ｂに電圧を一定時間印加（図３に於けるＶｍ５）した後、印加電圧をＯＦＦとする。この時第２のヒータ７Ｂに印加する電圧値は、ステップ３３にて第１のヒータ７Ａに印加した電圧と同電圧である。第１のヒータ７Ａと第２のヒータ７Ｂとにステップ３３で印加している電圧は異なることにより、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３が受ける熱ストレスに差が生じてくる。そのため、第２のヒータ７Ｂのみへの通電により、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３との熱ストレスの差を無くして、ほぼ同じ熱ストレスの状態に合わせている。

【0056】

ステップ４０にて、ステップ３７で得たＶｒ出力値を図５に記載の補正係数と用いて、ガス濃度補正値を算出する。

【0057】

ＭＰＵ２５のメモリ（図示せず）に保存された初回のＶｒ出力値と、今回測定されたＶｒ出力値を比較し、電位差が生じていなければ、経時変化はゼロということであり、ガス濃度補正値はゼロとなる。電位差が生じていれば、センサ素子の経時変化によるドリフトが生じたということであり、このドリフト分を補正する。この得られた電位差をドリフト分を補正するためのガス濃度補正値として、そのまま使用することは出来ない。Ｖｒ出力値を得た時の第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３に対する加熱温度と、Ｖｄ出力値を得た時の加熱温度とは異なるからである。加熱温度が異なると、センサ素子の特性も変わってくるために、ガス濃度を得るためのＶｄ出力値を補正するためには、Ｖｒ出力値より求めたドリフト分を、Ｖｄ出力値のドリフト量に変換するための補正係数と乗算し、Ｖｄ出力値のドリフト分の補正用として精度よく使えるように換算する。

【0058】

図５は、本実施形態に於けるブリッジ回路出力に対する補正係数を示すグラフであり、Ｘ軸に第１のセンサ素子２の加熱温度を、Ｙ軸に補正係数を取ったものである。Y軸の補正係数は、予め、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とを同時に同温度に加熱した時のＶｒ出力値の経時変化量と、ガス検出装置が配置された雰囲気中に検出対象ガスがない環境に於けるＶｄ出力値の経時変化量との割合より求めている。具体的には、Ｖｒ出力値の初期値をＶｒ０１、一定時間稼働後のＶｒ出力値をＶｒｎ、検出対象ガスを検出する温度で第１のセンサ素子２を加熱した時のＶｄ出力値の初期値をＶｄ０１、一定時間経過後のＶｄ出力値をＶｄｎとすると、補正係数を求める演算は以下の式（数式１）で表わされる。この演算結果が、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とに生じる経時変化の影響を補正するための係数となる。例えば、Ｖｄ出力値を得るときの第１のセンサ素子２の加熱温度が１５０℃である時は、補正係数は１．３５となる。この値を、Ｖｒ出力値より求めたドリフト分（電位差）と乗算することにより、Ｖｄ出力値のドリフト分を補正するガス濃度補正値となる。

【0059】

Ｋ=（Ｖｄｎ−Ｖｄ０１）/（Ｖｒｎ−Ｖｒ０１） 数式１
Ｋ：補正係数

【0060】

Ｖｒ出力値は、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とを同時に環境温度よりも高温に１００℃以下に且つ、同温度に加熱することにより得ている。このようにすることにより、湿度・ガスなどの影響を排除して、経時変化量を求めることが出来る。また、仮に検出対象ガスが存在していたとしても、低温であるために熱伝導は小さい。また、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とを同時に同温度に加熱しているために、検出対象ガスに対する熱伝導による抵抗変化分がキャンセルされることとなる。

【0061】

補正係数は、ＭＰＵ内のメモリ領域（図示せず）に保存されている。保存形態は、近似式に置き換えた形でも良いし、前記で求めた補正係数の数値そのものでもよい。検出対象ガスを検出するためのセンサ素子を加熱する温度が１点であれば、その加熱温度に対する補正係数の値をメモリに保存してもよい。また、検出対象ガスが複数であり、センサ素子を加熱する温度が複数点ある場合は、近似式としてメモリに保存してもよい。

【0062】

ステップ４１にて、Ｖｄ出力値とガス濃度補正値とを用いて、ガス濃度を算出する。

【0063】

ステップ４２にて、ステップ４１で算出したガス濃度値を出力する。

【0064】

第１のヒータ７Ａと第２のヒータ７Ｂとに同時に電圧を印加して、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とを同時に加熱するようにしたことにより、センサ素子が環境温度変化の影響を受けて、Ｖｄ及びＶｒ出力値が変動することが無くなり、安定したガス検出を行うことが出来る。

【0065】

第１のヒータ７Ａと第２のヒータ７Ｂとに同時に電圧を印加して、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とを同時に加熱するようにしたことにより、ガス検出装置が配置された雰囲気中に検出対象ガスが存在しない時のＶｄ出力値とＶｒ出力値は、それぞれ一定の電圧値となる。そのため、アンプ２２に対する基準電圧（Ｖｒｅｆ）は、予め定められた電圧値を出力すれば良く、環境温度の変化に伴い、可変する必要が無いため、ＭＰＵ２５の負担が軽減される。

【0066】

第２のヒータ７Ｂに対して、一定間隔毎に電圧を一定時間印加（図３に於けるＶｍ５）することにより、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３との熱ストレスの差を無くすことで、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３との熱ストレスによる経時変化を抑えることが出来る。

【0067】

第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とを、同温度で且つ、同時に加熱することによって得られたＶｒ出力値は、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とに生じる経時変化の有無及び、経時変化量を示すものである。測定開始の初回に得られたＶｒ出力値と定期的に比較を行い、経時変化量の差異を得て、補正を行うことにより、ガス検出の精度向上が得られる。

【0068】

（第２の実施形態）
本実施形態に於けるガスセンサ素子の構造及び、ガス検出装置の回路構成については、第１の実施形態で図１及び図２を用いて説明したものと同じである。図７は本実施形態に於けるガス検出装置の動作タイミングを示す図であり、図８は、本実施形態に於けるガス検出装置の演算手順を示す図である。図７及び図８を用いてガス検知の動作について説明をする。

【0069】

ステップ５１にて、温度センサ２７からの信号をＡ／Ｄコンバータ２３を通してＭＰＵ２５に読み込む。

【0070】

ステップ５２にて、ＭＰＵ２５は、温度演算を実行して、アンプ２２への基準電圧及び、第１のヒータ７Ａ及び第２のヒータ７Ｂへ出力する電圧を決定する。第１のヒータ７Ａ及び第２のヒータ７Ｂへ出力する電圧は、第１のセンサ素子２及び第２のセンサ素子３が予め定められた温度で加熱されるように調整される。

【0071】

ステップ５３にて、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とで構成されるブリッジ回路にバイアス電圧を、アンプ２２に基準電圧（Ｖｒｅｆ）をＤ／Ａコンバータ２４より印加する。バイアス電圧及び基準電圧を印加してしてから一定時間経過後に、第１のヒータ７Ａ及び第２のヒータ７Ｂに、ステップ５２で決定された電圧を印加する（図７に於けるＶｍ６及びＶｍ９）。尚、基準電圧は、検知対象ガスが雰囲気中に無く検出されない時のＶｄ１出力値と同電圧値である。

【0072】

第１のヒータ７Ａと第２のヒータ７Ｂとに同時に電圧を印加して、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とを同時に加熱する。この時、第１のセンサ素子２を加熱する第１のヒータ７Ａへの通電電圧は、測定対象とするガスを効率良く検出するための温度に第１のセンサ素子２を加熱する電圧であり、第２のセンサ素子３を加熱する第２のヒータ７Ｂへの通電電圧は、ガス検出装置が使用される環境温度よりも高温である。第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とを、それぞれどの温度に加熱するかは、予め決められている。

【0073】

ステップ５４にて、第１のヒータ７Ａ及び第２のヒータ７Ｂに電圧を印加して一定時間経過後に、ブリッジ回路からのＶｄ１出力値（第１の測定）を、アンプ２２及びＡ／Ｄコンバータ２３を経由してＭＰＵ２５に取り込む。

【0074】

ステップ５５にて、ブリッジ回路からのＶｄ２出力値を取り込んだか確認を行う。取り込みがまだであれば、再度、ステップ５３から再実行する。ステップ５３実行時、第１のヒータ７Ａ及び第２のヒータ７Ｂに、ステップ５２で決定された電圧を印加する（図７に於けるＶｍ７及びＶｍ１０）。再実行されたステップ５４にて、第１のヒータ７Ａ及び第２のヒータ７Ｂに電圧を印加して一定時間経過後に、ブリッジ回路からのＶｄ２出力値を、アンプ２２及びＡ／Ｄコンバータ２３を経由してＭＰＵ２５に取り込む。Ｖｄ２出力値の取り込みが完了すれば、次のステップを実行する。

【0075】

ステップ５６にて、ＭＰＵ２５にＶｄ２出力値（第３の測定）を取り込み後、第１のヒータ７Ａ及び第２のヒータ７Ｂへの電圧印加をＯＦＦとする。

【0076】

ステップ５７にて、アンプ２２に基準電圧（Ｖｒｅｆ）をＤ／Ａコンバータ２４より印加する。基準電圧を印加してしてから一定時間経過後に、第１のヒータ７Ａ及び第２のヒータ７Ｂに、ステップ５２で決定されたステップ５３とは異なる電圧を印加する（図７に於けるＶｍ８及びＶｍ１１）。

【0077】

第１のヒータ７Ａと第２のヒータ７Ｂとに同時に電圧を印加して、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とを同時に加熱する。この時、第１のセンサ素子２を加熱する第１のヒータ７Ａへの通電電圧と、第２のセンサ素子３を加熱する第２のヒータ７Ｂへの通電電圧とは、同電圧であり、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とが同じ温度で且つ、ガス検出装置が使用される環境温度よりも高温に加熱される。第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とを、どの温度に加熱するかは、予め決められている。

【0078】

ステップ５８にて、第１のヒータ７Ａ及び第２のヒータ７Ｂに電圧を印加して一定時間経過後に、ブリッジ回路からのＶｒ１出力値（第２の測定）を、アンプ２２及びＡ／Ｄコンバータ２３を経由してＭＰＵ２５に取り込む。

【0079】

Ｖｒ１出力値は、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とを、環境温度に関係なく同温度で加熱されるように制御されているため、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とに経時変化等による抵抗変化が生じていなければ、ドリフトが生じることなく、Ｖｒ１出力値は、毎回同電圧が出力される。しかし、初回のＶｒ１出力値に比べて、異なった電圧値が出力された場合、初回のＶｒ１出力値との電位差が、経時変化によるドリフト分となる。このドリフト分を補正することにより、ガス検出の精度を向上させることが出来る。

【0080】

ステップ５９にて、ＭＰＵ２５にＶｒ１出力値を取り込み後、第１のヒータ７Ａ及び第２のヒータ７Ｂへの電圧印加及び、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３とで構成されるブリッジ回路へのバイアス電圧印加をＯＦＦとする

【0081】

ステップ６０にて、第２のヒータ７Ｂに電圧を一定時間印加（図７に於けるＶｍ１２）した後、印加電圧をＯＦＦとする。この時第２のヒータ７Ｂに印加する電圧値は、ステップ５３にて第１のヒータ７Ａに印加した電圧と同電圧である。第１のヒータ７Ａと第２のヒータ７Ｂとにステップ５３で印加している電圧は異なることにより、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３が受ける熱ストレスに差が生じてくる。そのため、第２のヒータ７Ｂのみへの通電により、第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３との熱ストレスの差を無くして、ほぼ同じ熱ストレスの状態に合わせている。

【0082】

ステップ６１にて、ステップ５８で得たＶｒ１出力値を図５に記載の補正係数と用いて、ガス濃度補正値を算出する。

【0083】

ＭＰＵ２５のメモリ（図示せず）に保存された初回のＶｒ１出力値と、今回測定されたＶｒ１出力値を比較し、電位差が生じていなければ、経時変化はゼロということであり、ガス濃度補正値はゼロとなる。電位差が生じていれば、センサ素子の経時変化によるドリフトが生じたということであり、このドリフト分を補正する。この得られた電位差をドリフト分を補正するためのガス濃度補正値として、そのまま使用することは出来ない。Ｖｒ１出力値を得た時の第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３に対する加熱温度と、Ｖｄ１及びＶｄ２出力値を得た時の加熱温度とは異なるからである。加熱温度が異なると、センサ素子の特性も変わってくるために、ガス濃度を得るためのＶｄ１及びＶｄ２出力値を補正するためには、Ｖｒ１出力値より求めたドリフト分を、Ｖｄ１及びＶｄ２出力値のドリフト量に変換するための補正係数と乗算し、ドリフト分の補正用として精度よく使えるように換算する。

【0084】

Ｖｄ１及びＶｄ２出力値を補正するための補正値を得るためには、第１の実施形態で用いた図５の補正係数を示すグラフを使う。例えば、Ｖｄ１出力値を得るときの第１のセンサ素子２の加熱温度が１２５℃である時は、補正係数は１．０３となり、Ｖｄ２出力値を得るときの第１のセンサ素子２の加熱温度が１７５℃である時は、補正係数は１．４５となる。この値を、Ｖｒ１出力値より求めたドリフト分（電位差）と乗算することにより、Ｖｄ１及びＶｄ２出力値のドリフト分を補正するガス濃度補正値となる。

【0085】

ステップ６２にて、Ｖｄ１及びＶｄ２出力値とガス濃度補正値とを用いて、ガス濃度を算出する。

【0086】

ステップ６３にて、ステップ６２で算出したガス濃度値を出力する。

【0087】

雰囲気中に於ける複数のガスを検出するために、第１のセンサ素子２を複数の温度によって加熱する場合であっても、それぞれの加熱温度に対する補正係数を求めると共に、それぞれの加熱温度に対するブリッジ回路の出力値に対するガス濃度補正値を算出することにより、高精度のガス検出が可能である。

【実施例1】

【0088】

本発明におけるガスセンサ素子１は第１のセンサ素子２、第２のセンサ素子３とで構成されており、センサ素子２，３はＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタであり、温度が上昇すると抵抗値が下がる特徴を持っている。ＮＴＣサーミスタの温度に対する抵抗値は近似的に以下の式（数式２）で表すことが出来る。

【0089】

Ｒ＿ＴＨ＝Ｒ＿０ ｅｘｐ｛Ｂ（１／Ｔ−１／Ｔ＿０ ）｝ 数式２

【0090】

式中のＲＴＨは温度Ｔに於けるサーミスタの抵抗値、Ｒ０は温度Ｔ０に於けるサーミスタ抵抗値で、Ｂは温度ＴとＴ０に於けるサーミスタ抵抗値ＲＴＨ、Ｒ０の関係を表す定数である。第１のセンサ素子２は、２５℃で２０００ｋΩを示し、１５０℃で６５ｋΩを示し、Ｂ定数は３４５０である。第２のセンサ素子３は、２５℃で２２０ｋΩを示し、６０℃で６５ｋΩを示し、Ｂ定数は３４５０である。第１のセンサ素子２の加熱時の抵抗値と第２のセンサ素子３の加熱時の抵抗値はおおよそ等しくなっている。

【0091】

図３にヒータ（ＭＨ１、ＭＨ２）と信号検出（Ｖｄ、Ｖｒ）のタイミング関係を示すように、第１のセンサ素子２の第１のヒータ７Ａ、第２のセンサ素子３の第２のヒータ７Ｂは白金抵抗であり、パルス電圧が印加されることでジュール熱により発熱する。第１のヒータ７Ａ、第２のヒータ７Ｂの抵抗値１４０Ωであり、１．２Ｖのパルス電圧（Ｖｍ１）が印加されることで第１のセンサ素子２が１５０℃に、０．５Ｖ（Ｖｍ３）のパルス電圧が印加されることで第２のセンサ素子３が６０℃に加熱される。

【0092】

第１のセンサ素子２の第１のヒータ７Ａ、第２のセンサ素子３の第２のヒータ７Ｂへの通電サイクルは、各々ヒータに１００ｍｓｅｃ間、通電ＯＮした後、４００ｍｓｅｃ間、通電をＯＦＦするタイミングで通電を行う。第１のセンサ素子２と第２のセンサ素子３は、それぞれキャビティ１０を有する構成となっているため、通電をＯＮ／ＯＦＦした後、２０ｍｓｅｃ以内に設定した加熱温度又は、環境温度になる。

【0093】

第１のセンサ素子２の第１のヒータ７Ａと、第２のセンサ素子３の第２のヒータ７Ｂとに、それぞれパルス電圧を印加し、第１のセンサ素子２が１５０℃に、第２のセンサ素子３が６０℃に安定して加熱された状態で、ガス検出を行い、Ｖｄ出力値を取り込む。続いて、第１のヒータ７Ａと、第２のヒータ７Ｂとに、それぞれパルス電圧を印加し、第１のセンサ素子２と、第２のセンサ素子３とが６０℃に安定して加熱された状態で、ドリフト補正に用いるＶｒ出力値を取り込む。続いて、第２のヒータ７Ｂのみにパルス電圧を印加し、第２のセンサ素子３を１５０℃に加熱する。

【0094】

第２のヒータ７Ｂのみにパルス電圧を印加することにより、第１のセンサ素子２と、第２のセンサ素子３との熱ストレスのバランスを取っている。

【0095】

測定開始初回のＶｒ出力値と、新たに測定されたＶｒ出力値との差を、補正係数と乗算し、その得られたガス濃度補正値を、Ｖｄ出力値に合算する。

【0096】

初期のＶｒ出力値が、１．５００Ｖであり、一定時間測定後のＶｒ出力値が１．５０５Ｖであり、且つ、Ｖｄ出力検出時の第１のセンサ素子２の加熱温度が１５０℃であったとすると、補正係数が１．３５となるため、ガス濃度補正値は、６．７５ｍＶとなる。この値をＶｄ出力値に合算して、ガス濃度を求める演算を行う。

【0097】

図６は、第１の実施形態を用いたドリフト補正の有効性を示したグラフである。尚、本グラフに於ける検出対象ガスは炭酸ガスであり、濃度は、１００００ｐｐｍとした。グラフ中の比較１は、一方をセンサ素子とし、もう一方を固定抵抗でブリッジ回路を組んだ時の経時変化によるガス検出誤差への影響を示しており、測定開始から１０００ｈｒ経過すると経時変化による影響は、５００００ｐｐｍのガス検出誤差となってあらわれる。

【0098】

グラフ中の比較２は、センサ素子同士でブリッジ回路を組んだ時の経時変化によるガス検出誤差への影響を示しており、測定開始から１０００ｈｒ経過すると経時変化による影響は、３０００ｐｐｍのガス検出誤差となってあらわれる。センサ同士でブリッジ回路を組むことにより、経時変化の影響は大幅に低下しているが、約３０％の誤差を有している。

【0099】

グラフ中の実施１は、第１の実施形態に於ける補正演算を取り入れた時の経時変化によるガス検出誤差への影響を示しており、測定開始から１０００ｈｒ経過すると経時変化による影響は、≒１００ｐｐｍとなっており、補正演算を取り入れることにより、経過時間によるガス検出への影響が大幅に低減されていることが分かる。以上により、センサ素子の誤差を低減したガス検出装置を提供することを示した。

【0100】

実施例では、検出対象ガスに炭酸ガスを用いて説明したが、検出対象ガスがメタン等、他のガスであったとしても、演算処理の流れは何ら変わるものではない。

【産業上の利用可能性】

【0101】

本発明は、家電・産業機器や環境モニタリング装置などに搭載され、対象ガスを検知する用途に用いられる。

【符号の説明】

【0102】

１ ガスセンサ素子
２ 第１のセンサ素子
３ 第２のセンサ素子
４ 基板
５ 絶縁膜
６ ヒータ保護膜
７Ａ、７Ｂ ヒータ
８ 薄膜サーミスタ電極
９ 薄膜サーミスタ
１０ キャビティ
１１ 薄膜サーミスタ保護膜
１２ 電極パッド
１３ ワイヤー
１４ セラミックパッケージ電極
１５ セラミックパッケージ
１６ リッド
１７ 通気口
２１ 制御回路
２２ アンプ
２３ Ａ／Ｄコンバータ
２４ Ｄ／Ａコンバータ
２５ ＭＰＵ
２６ 電源
２７ 温度センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】