特許 6863102 ガスセンサ、ガス警報器、制御装置、及び制御方法

(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】6863102

(24)【登録日】2021年4月5日

(45)【発行日】2021年4月21日

(54)【発明の名称】ガスセンサ、ガス警報器、制御装置、及び制御方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/12 20060101AFI20210412BHJP

   G08B 21/16 20060101ALI20210412BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/12 D

   G08B21/16

【請求項の数】19

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2017-112700(P2017-112700)

(22)【出願日】2017年6月7日

(65)【公開番号】特開2018-205210(P2018-205210A)

(43)【公開日】2018年12月27日

【審査請求日】2020年5月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】古田 稔貴

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 卓弥

(72)【発明者】

【氏名】岡村 誠

【審査官】 黒田 浩一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１３４３１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２０９２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１６７９５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０２１６２２７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／００−２７／４９

Ｇ０８Ｂ １９／００−２１／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス感知層と前記ガス感知層を加熱するためのヒータとを有し、前記ヒータにより加熱された前記ガス感知層の抵抗値に基づいて検出対象ガスを検出するガスセンサであって、
前記ガス感知層の抵抗値を測定する測定部と、
前記ガス感知層を加熱するように前記ヒータを制御する加熱制御部と、
前記加熱制御部によって前記ガス感知層の温度が第１温度に制御された状態で前記測定部によって測定された前記ガス感知層の第１抵抗値を取得する第１取得部と、
前記第１抵抗値が予め定められた第１閾値以下の場合に、前記加熱制御部によって前記ガス感知層の温度が前記第１温度より低い第２温度に制御された状態で前記測定部によって測定された前記ガス感知層の第２抵抗値を取得する第２取得部と、
前記第２抵抗値が予め定められた第２閾値以下の場合に、前記加熱制御部によって前記ガス感知層の温度が前記第２温度より高い第３温度に制御された状態で前記測定部によって測定された前記ガス感知層の第３抵抗値を取得する第３取得部と、
前記第３抵抗値に基づいて、存在するガス種を判別する判別部と、
を備える
ガスセンサ。

【請求項2】

前記判別部は、前記第３抵抗値と、予め定められた第３閾値とを比較する比較部を備えており、
前記判別部は、前記第３抵抗値と前記第３閾値との比較結果に基づいて、存在するガス種を判別する
請求項１に記載のガスセンサ。

【請求項3】

前記検出対象ガスは、ＬＰガスであり、
前記判別部は、前記第３抵抗値が前記第３閾値以上である場合には、前記検出対象ガスが存在すると判別する一方、前記第３抵抗値が前記第３閾値より小さい場合には、前記検出対象ガス以外のガスが存在すると判別する
請求項２に記載のガスセンサ。

【請求項4】

前記検出対象ガスは、メタンガスであり、
前記判別部は、前記第３抵抗値が前記第３閾値以下である場合には、前記検出対象ガスが存在すると判別する一方、前記第３抵抗値が前記第３閾値より大きい場合には、前記検出対象ガス以外のガスが存在すると判別する
請求項２に記載のガスセンサ。

【請求項5】

前記検出対象ガス以外のガスは、アルコールを含む
請求項３または４に記載のガスセンサ。

【請求項6】

前記判別部は、前記第３抵抗値の時間変化率を算出する変化率算出部を備えており、
前記判別部は、前記第３抵抗値の時間変化率によって、存在するガス種を判別する
請求項１に記載のガスセンサ。

【請求項7】

前記検出対象ガスは、ＬＰガスであり、
前記判別部は、前記第３抵抗値の前記時間変化率が、予め定められた変化率閾値以上である場合には、前記検出対象ガスが存在すると判別する一方、前記第３抵抗値の前記時間変化率が前記変化率閾値より小さい場合には、前記検出対象ガス以外のガスが存在すると判別する
請求項６に記載のガスセンサ。

【請求項8】

前記検出対象ガスは、メタンガスであり、
前記判別部は、前記第３抵抗値の前記時間変化率が、予め定められた変化率閾値以下である場合には、前記検出対象ガスが存在すると判別する一方、前記第３抵抗値の前記時間変化率が前記変化率閾値より大きい場合には、前記検出対象ガス以外のガスが存在すると判別する
請求項６に記載のガスセンサ。

【請求項9】

前記判別部は、前記第３抵抗値が上がり始めるタイミングを検出するタイミング検出部を備えており、
前記判別部は、前記第３抵抗値が上がり始めるタイミングによって、存在するガス種を判別する
請求項１に記載のガスセンサ。

【請求項10】

前記検出対象ガスは、ＬＰガスであり、
前記判別部は、予め定められた時間内に、前記第３抵抗値が上がり始めた場合には、前記検出対象ガスが存在すると判別する一方、予め定められた前記時間が経過しても前記第３抵抗値が停滞または低下している場合には、前記検出対象ガス以外のガスが存在すると判別する
請求項９に記載のガスセンサ。

【請求項11】

前記検出対象ガスは、メタンガスであり、
前記判別部は、予め定められた時間が経過しても前記第３抵抗値が停滞または低下している場合には、前記検出対象ガスが存在すると判別する一方、予め定められた前記時間内に、前記第３抵抗値が上がり始めた場合には、前記検出対象ガス以外のガスが存在すると判別する
請求項９に記載のガスセンサ。

【請求項12】

前記加熱制御部は、前記第２抵抗値に応じて前記第３温度を変更する
請求項１から１１の何れか１項に記載のガスセンサ。

【請求項13】

前記第３取得部は、前記第２抵抗値に応じて前記第３抵抗値を取得するタイミングを変更する
請求項１から１１の何れか１項に記載のガスセンサ。

【請求項14】

前記判別部は、前記第２抵抗値に応じて前記第３閾値を変更する
請求項２から５の何れか１項に記載のガスセンサ。

【請求項15】

前記加熱制御部は、前記検出対象ガスの種類に応じて前記第２温度および／または前記第３温度を変更する
請求項１から１４の何れか１項に記載のガスセンサ。

【請求項16】

前記第３温度は、前記第１温度より高い
請求項１から１５の何れか１項に記載のガスセンサ。

【請求項17】

請求項１から１６の何れか１項に記載のガスセンサを備え、
前記検出対象ガスを検出したときに警報を発生する警報発生部をさらに備える
ガス警報器。

【請求項18】

ガス感知層と前記ガス感知層を加熱するためのヒータとを有し、前記ヒータにより加熱された前記ガス感知層の抵抗値に基づいて検出対象ガスを検出するガスセンサを制御する制御装置であって、
前記ガス感知層を加熱するように前記ヒータを制御する加熱制御部と、
前記加熱制御部によって前記ガス感知層の温度が第１温度に制御された状態で測定された前記ガス感知層の第１抵抗値を取得する第１取得部と、
前記第１抵抗値が予め定められた第１閾値以下の場合に、前記加熱制御部によって前記ガス感知層の温度が前記第１温度より低い第２温度に制御された状態で測定された前記ガス感知層の第２抵抗値を取得する第２取得部と、
前記第２抵抗値が予め定められた第２閾値以下の場合に、前記加熱制御部によって前記ガス感知層の温度が前記第２温度より高い第３温度に制御された状態で測定された前記ガス感知層の第３抵抗値を取得する第３取得部と、
前記第３抵抗値に基づいて、存在するガス種を判別する判別部と、を備える
制御装置。

【請求項19】

ガス感知層と前記ガス感知層を加熱するためのヒータとを有し、前記ヒータにより加熱された前記ガス感知層の抵抗値に基づいて検出対象ガスを検出するガスセンサの制御方法であって、
前記ガス感知層の温度を第１温度に制御する第１温度制御段階と、
前記ガス感知層の温度が前記第１温度に制御された状態で測定された前記ガス感知層の第１抵抗値を取得する第１取得段階と、
前記第１抵抗値が予め定められた第１閾値以下の場合に、前記ガス感知層の温度を前記第１温度より低い第２温度に制御する第２温度制御段階と、
前記ガス感知層の温度が前記第２温度に制御された状態で測定された前記ガス感知層の第２抵抗値を取得する第２取得段階と、
前記第２抵抗値が予め定められた第２閾値以下の場合に、前記ガス感知層の温度を前記第２温度より高い第３温度に制御する第３温度制御段階と、
前記ガス感知層の温度が前記第３温度に制御された状態で測定された前記ガス感知層の第３抵抗値を取得する第３取得段階と、
第３取得段階において取得された第３抵抗値に基づいて、存在するガス種を判別する判別段階と、を備える
制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスセンサ、ガス警報器、制御装置、及び制御方法に関する。

【0002】

従来、予備検知と、予備検知の結果に応じた本検知とを実行するガス検出方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１において予備検知と本検知とは異なる温度で実行される。また、関連する技術として、ガスセンサを少なくとも３つの異なる温度に制御して、異なる温度においてガス検知を実行することによって、３種類以上のガスの検知を可能とする技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２０１０−５４２１３号公報
［特許文献２］ 特開２００５−１３４３１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

ガスセンサにおいては、検出対象ガスが存在しないにもかかわらず、検出対象ガス以外のアルコール等の物質に反応して、検出対象ガスが存在すると判別することを防止することが望ましい。したがって、ガスセンサにおいて、アルコール等の物質に対する検出対象ガスの選択性を高めることが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の第１の態様においては、ガスセンサを提供する。ガスセンサは、ガス感知層とガス感知層を加熱するためのヒータとを有してよい。ガスセンサは、ヒータにより加熱されたガス感知層の抵抗値に基づいて検出対象ガスを検出してよい。ガスセンサは、測定部、加熱制御部、第１取得部、第２取得部、第３取得部、及び判別部を備えてよい。測定部は、ガス感知層の抵抗値を測定してよい。加熱制御部は、ガス感知層を加熱するようにヒータを制御してよい。第１取得部は、ガス感知層の第１抵抗値を取得してよい。第１抵抗値は、加熱制御部によってガス感知層の温度が第１温度に制御された状態で測定部によって測定されてよい。第２取得部は、第１抵抗値が予め定められた第１閾値以下の場合に、ガス感知層の第２抵抗値を取得してよい。第２抵抗値は、加熱制御部によってガス感知層の温度が第１温度より低い第２温度に制御された状態で測定部によって測定されてよい。第３取得部は、第２抵抗値が予め定められた第２閾値以下の場合に、ガス感知層の第３抵抗値を取得してよい。第３抵抗値は、加熱制御部によってガス感知層の温度が第２温度より高い第３温度に制御された状態で測定部によって測定されてよい。判別部は、第３抵抗値に基づいて、存在するガス種を判別してよい。

【0005】

判別部は、比較部を備えてよい。比較部は、第３抵抗値と、予め定められた第３閾値とを比較してよい。判別部は、第３抵抗値と第３閾値との比較結果に基づいて、存在するガス種を判別してよい。

【0006】

検出対象ガスは、ＬＰガスであってよい。判別部は、第３抵抗値が第３閾値以上である場合には、検出対象ガスが存在すると判別してよい。判別部は、第３抵抗値が第３閾値より小さい場合には、検出対象ガス以外のガスが存在すると判別してよい。

【0007】

検出対象ガスは、メタンガスであってよい。判別部は、第３抵抗値が第３閾値以下である場合には、検出対象ガスが存在すると判別してよい。判別部は、第３抵抗値が第３閾値より大きい場合には、検出対象ガス以外のガスが存在すると判別してよい。

【0008】

検出対象ガス以外のガスは、アルコールを含んでよい。

【0009】

判別部は、変化率算出部を備えてよい。変化率算出部は、第３抵抗値の時間変化率を算出してよい。判別部は、第３抵抗値の時間変化率によって、存在するガス種を判別してよい。

【0010】

検出対象ガスは、ＬＰガスであってよい。判別部は、第３抵抗値の時間変化率が、予め定められた変化率閾値以上である場合には、検出対象ガスが存在すると判別してよい。判別部は、第３抵抗値の時間変化率が変化率閾値より小さい場合には、検出対象ガス以外のガスが存在すると判別してよい。

【0011】

検出対象ガスは、メタンガスであってよい。判別部は、第３抵抗値の時間変化率が、予め定められた変化率閾値以下である場合には、検出対象ガスが存在すると判別してよい。検出対象ガスは、第３抵抗値の時間変化率が変化率閾値より大きい場合には、検出対象ガス以外のガスが存在すると判別してよい。

【0012】

判別部は、タイミング検出部を備えてよい。タイミング検出部は、第３抵抗値が上がり始めるタイミングを検出してよい。判別部は、第３抵抗値が上がり始めるタイミングによって、存在するガス種を判別してよい。

【0013】

検出対象ガスは、ＬＰガスであってよい。判別部は、予め定められた時間内に、第３抵抗値が上がり始めた場合には、検出対象ガスが存在すると判別してよい。判別部は、予め定められた時間が経過しても第３抵抗値が停滞または低下している場合には、検出対象ガス以外のガスが存在すると判別してよい。

【0014】

検出対象ガスは、メタンガスであってよい。判別部は、予め定められた時間が経過しても第３抵抗値が停滞または低下している場合には、検出対象ガスが存在すると判別してよい。判別部は、予め定められた時間内に、第３抵抗値が上がり始めた場合には、検出対象ガス以外のガスが存在すると判別してよい。

【0015】

加熱制御部は、第２抵抗値に応じて第３温度を変更してよい。

【0016】

第３取得部は、第２抵抗値に応じて第３抵抗値を取得するタイミングを変更してよい。判別部は、第２抵抗値に応じて第３閾値を変更してよい。

【0017】

加熱制御部は、検出対象ガスの種類に応じて第２温度を変更してよい。

【0018】

加熱制御部は、検出対象ガスの種類に応じて第３温度を変更してよい。

【0019】

第３温度は、第１温度より高くてよい。ガス警報器は、ガスセンサを備えてよい。ガス警報器は、警報発生部を備えてよい。警報発生部は、検出対象ガスを検出したときに警報を発生してよい。

【0020】

本発明の第２の態様においては、制御装置を提供する。制御装置は、ガスセンサを制御してよい。ガスセンサは、ガス感知層とガス感知層を加熱するためのヒータとを有してよい。ガスセンサは、ヒータにより加熱されたガス感知層の抵抗値に基づいて検出対象ガスを検出してよい。制御装置は、加熱制御部、第１取得部、第２取得部、第３取得部、及び判別部を備えてよい。加熱制御部は、ガス感知層を加熱するようにヒータを制御してよい。第１取得部は、ガス感知層の第１抵抗値を取得してよい。第１抵抗値は、加熱制御部によってガス感知層の温度が第１温度に制御された状態で測定されてよい。第２取得部は、第１抵抗値が予め定められた第１閾値以下の場合に、ガス感知層の第２抵抗値を取得してよい。第２抵抗値は、加熱制御部によってガス感知層の温度が第１温度より低い第２温度に制御された状態で測定されてよい。第３取得部は、第２抵抗値が予め定められた第２閾値以下の場合に、ガス感知層の第３抵抗値を取得してよい。第３抵抗値は、加熱制御部によってガス感知層の温度が第２温度より高い第３温度に制御された状態で測定されてよい。判別部は、第３抵抗値に基づいて、存在するガス種を判別してよい。

【0021】

本発明の第３の態様においては、制御方法を提供する。制御方法は、ガスセンサの制御方法であってよい。ガスセンサは、ガス感知層とガス感知層を加熱するためのヒータとを有してよい。ガスセンサは、ヒータにより加熱されたガス感知層の抵抗値に基づいて検出対象ガスを検出してよい。制御方法は、第１温度制御段階、第１取得段階、第２温度制御段階、第２取得段階、第３温度制御段階、第３取得段階、及び判別段階を備えてよい。第１温度制御段階においては、ガス感知層の温度が第１温度に制御されてよい。第１取得段階においては、ガス感知層の第１抵抗値が取得されてよい。第１抵抗値は、ガス感知層の温度が第１温度に制御された状態で測定されてよい。第２温度制御段階においては、第１抵抗値が予め定められた第１閾値以下の場合に、ガス感知層の温度が第１温度より低い第２温度に制御されてよい。第２取得段階において、ガス感知層の第２抵抗値が取得されてよい。第２抵抗値は、ガス感知層の温度が第２温度に制御された状態で測定されてよい。第３温度制御段階においては、第２抵抗値が予め定められた第２閾値以下の場合に、ガス感知層の温度が第２温度より高い第３温度に制御されてよい。第３取得段階において、ガス感知層の第３抵抗値が取得されてよい。第３抵抗値は、ガス感知層の温度が第３温度に制御された状態で測定されてよい。判別段階においては、第３取得段階において取得された第３抵抗値に基づいて、存在するガス種が判別されてよい。

【0022】

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の第１実施形態のガスセンサ１００の概略を示す図である。

【図2】検出部１０の概略構成を示す断面図である。

【図3】第１抵抗値が第１閾値より大きい場合のヒータ駆動パターンの一例を示す図である。

【図4】第２抵抗値が第２閾値より大きい場合のヒータ駆動パターンの一例を示す図である。

【図5】第２抵抗値が第２閾値以下の場合のヒータ駆動パターンの一例を示す図である。

【図6】第２抵抗値が第２閾値以下の場合のヒータ駆動パターンの一例を示す図である。

【図7】ヒータ１４をＨｉｇｈ状態に駆動した場合におけるガス感知層１２の抵抗変化の一例を示す図である。

【図8】ヒータ１４をＬｏｗ状態に駆動した場合におけるガス感知層１２の抵抗変化の一例を示す図である。

【図9】ヒータ１４を２００ｍ秒間にわたってＨｉｇｈ状態に駆動した場合におけるガス感知層１２の抵抗変化の一例である。

【図10】本発明の第１実施形態のガスセンサ１００の処理内容の一例を示すフローチャートである。

【図11】検出対象ガスがＬＰガスである場合におけるガス種判別処理の一例を示すフローチャートである。

【図12】検出対象ガスがメタンガスである場合におけるガス種判別処理の一例を示す図である。

【図13】ＬＰガスに対するガス感度とメタンガスに対するガス感度を示す図である。

【図14】ガスセンサ１００の処理内容の一例を示すフローチャートである。

【図15】ガスセンサ１００の処理内容の一例を示すフローチャートである。

【図16】本発明の第２実施形態のガスセンサ１００の概略を示す図である。

【図17】ヒータ１４をＨｉｇｈ状態に駆動した場合におけるガス感知層１２の抵抗における時間変化率の一例を示す図である。

【図18】検出対象ガスがＬＰガスである場合におけるガス種判別処理の一例を示すフローチャートである。

【図19】検出対象ガスがメタンガスである場合におけるガス種判別処理の一例を示すフローチャートである。

【図20】本発明の第３実施形態のガスセンサ１００の概略を示す図である。

【図21】検出対象ガスがＬＰガスである場合におけるガス種判別処理の一例を示すフローチャートである。

【図22】検出対象ガスがメタンガスである場合におけるガス種判別処理の一例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】

【0024】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0025】

図１は、本発明の第１実施形態のガスセンサ１００の概略を示す図である。本例のガスセンサ１００は、検出対象ガスを検出する。検出対象ガス（「対象ガス」と略記する）は、可燃性ガスであってよい。対象ガスは、プロパン及びブタンを主成分とするＬＰガスであってよい。あるいは、対象ガスは、メタンガスを主成分とする都市ガスであってもよい。

【0026】

本例のガスセンサ１００は、第１温度Ｔ１における検知と、第１温度Ｔ１より低い第２温度Ｔ２における検知とを実行するのみならず、第２温度Ｔ２における検知結果に応じて、さらに、第２温度Ｔ２より高い第３温度Ｔ３にヒータ１４を駆動する。すなわち、本例のガスセンサ１００は、検知結果に応じて、ヒータ１４を第１温度Ｔ１（Ｈｉｇｈ）、第２温度Ｔ２（Ｌｏｗ）、第３温度Ｔ３（Ｈｉｇｈ）の順に駆動してよい。これによって、対象ガスとアルコール等のガスとが区別される。

【0027】

ガスセンサ１００は、検出部１０と制御装置２００とを備える。検出部１０は、ガス感知層１２及びヒータ１４を備える。本例の検出部１０は、ヒータ１４の温度を測定する温度測定部１６を備える。本例と異なり、検出部１０は、温度測定部１６を備えていなくてもよい。ガス感知層１２は、ガスによって抵抗値が変化するセンサ抵抗である。ヒータ１４は、ガス感知層１２を加熱する。ガスセンサ１００は、ヒータ１４により加熱されたガス感知層１２の抵抗値に基づいて対象ガスを検出する。

【0028】

制御装置２００は、ガスセンサ１００を制御する。本例では、検出部１０及び制御装置２００が共にガスセンサ１００に内蔵されている。但し、制御装置２００は、ガスセンサ１００に外付けされる制御装置であってもよい。制御装置２００は、測定部２０、加熱制御部３０、警報発生部４０、第１取得部５０、第２取得部６０、第３取得部７０、判別部８０、及び記憶部９０を備えてよい。但し、警報発生部４０は、制御装置２００には、必ずしも必須の構成ではない。ガスセンサ１００がガス警報器である場合には、警報発生部４０を備えてよい。

【0029】

加熱制御部３０、警報発生部４０、第１取得部５０、第２取得部６０、第３取得部７０、及び判別部８０の少なくとも一部は、マイクロコンピュータの機能として実現されてよい。測定部２０は、ガス感知層１２の電気抵抗値を測定する。例えば、測定部２０は、ガス感知層１２に電流を流してガス感知層１２の両端の電圧を測定する。ガス感知層１２の抵抗値を測定することには、ガス感知層１２の抵抗値に対応づけられた電圧または電流などの電気的特性を測定することが含まれてよい。測定された抵抗値を取得することには、抵抗値に対応づけられた電圧または電流などの電気的特性を取得することが含まれてよい。抵抗値を閾値と比較することには、抵抗値に対応づけられた電圧または電流を閾値と比較することが含まれてよい。一例において、ガス感知層１２の抵抗値が閾値より大きいことには、ガス感知層１２の両端の電圧が閾値より大きいことが含まれてよく、ガス感知層１２を流れる電流が閾値より小さいことが含まれてよい。ガス感知層１２の抵抗値が閾値より小さいことには、ガス感知層１２の両端の電圧が閾値より小さいことが含まれてよく、ガス感知層１２を流れる電流が閾値より大きいことが含まれてよい。

【0030】

加熱制御部３０は、ヒータ１４に印加する電圧を制御する。特に、加熱制御部３０は、第１検知処理において、ガス感知層１２の温度が第１温度Ｔ１になるようにヒータ１４を制御する。第１検知処理において、対象ガスが存在する可能性がある場合に、加熱制御部３０は、第２検知処理において、ガス感知層１２の温度が第１温度Ｔ１より低い第２温度Ｔ２となるようにヒータ１４を制御する。さらに、第２検知処理の結果、対象ガスが存在する可能性がある場合に、加熱制御部３０は、アルコール等のガスに対する対象ガスの選択性を高めるために、ガス感知層１２の温度が第２温度Ｔ２より高い第３温度Ｔ３となるようにヒータ１４を制御する。

【0031】

警報発生部４０は、対象ガスが検出された場合に警報を発する。第１取得部５０は、ガス感知層１２の第１抵抗値を取得する。第２取得部６０は、ガス感知層１２の第２抵抗値を取得する。第３取得部７０は、ガス感知層１２の第３抵抗値を取得する。

【0032】

第１抵抗値は、加熱制御部３０によってガス感知層１２の温度が第１温度Ｔ１に制御された状態で測定部２０によって測定されたガス感知層１２の電気抵抗値である。第２抵抗値は、加熱制御部３０によってガス感知層１２の温度が第１温度Ｔ１より低い第２温度Ｔ２に制御された状態で測定部２０によって測定されたガス感知層の電気抵抗値である。第３抵抗値は、加熱制御部３０によってガス感知層１２の温度が第２温度Ｔ２より高い第３温度Ｔ３に制御された状態で測定部２０によって測定されたガス感知層の電気抵抗値である。

【0033】

第１温度Ｔ１及び第３温度Ｔ３は、第２温度Ｔ２に比べて高い温度である。加熱制御部３０は、ヒータ１４をＨｉｇｈ状態に駆動して、ガス感知層１２の温度が第１温度Ｔ１または第３温度Ｔ３となるように制御する。第１温度Ｔ１及び第３温度Ｔ３は、好ましくは、４００℃以上５００℃以下であってよく、より好ましくは、４００℃以上４５０℃以下であってよい。一方、第２温度Ｔ２は、第１温度Ｔ１及び第３温度Ｔ３に比べて低い温度である。加熱制御部３０は、ヒータ１４をＬｏｗ状態に駆動して、ガス感知層１２の温度が第２温度Ｔ２となるように制御する。第２温度Ｔ２は、好ましくは、２５０℃以上３５０℃以下であってよい。

【0034】

判別部８０は、第３抵抗値に基づいて、存在するガス種を判別する。本例における判別部８０は、比較部８２を備える。比較部８２は、第３抵抗値と、予め定められた第３閾値とを比較する。判別部８０は、第３抵抗値と第３閾値との比較結果に基づいて、存在するガス種を判別する。記憶部９０は、加熱制御部３０がヒータ１４を制御するために必要な情報またはパラメータを記憶してよい。

【0035】

図２は、検出部１０の概略構成を示す断面図である。本例の検出部１０は、半導体式薄膜ガスセンサである。本例の検出部１０は、シリコン基板２と、熱絶縁支持層３と、ヒータ１４として機能するヒータ層と、電気絶縁層４と、ガス検知部５とを備える。シリコン基板２には、貫通孔６が設けられている。貫通孔６は、ダイアフラム構造を構成する。ガス検知部５は、接合層７と、ガス感知層電極８と、ガス感知層１２と、選択燃焼層９とを備えている。ガス感知層１２は、例えば、ＳｎＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、ＺｎＯ、及びＴｉＯ_２等の金属酸化物を主成分とする感知層として形成される。

【0036】

選択燃焼層９は、例えば、Ｐｄ、ＰｄＯ、及びＰｔ等の少なくとも一種の触媒を担持した焼結体である。選択燃焼層９は、触媒層とも呼ばれる。一例において、選択燃焼層９は、触媒担持Ａｌ_２Ｏ_３焼結体であり、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｎｉ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２、ゼオライト等の金属酸化物を主成分として形成されてもよい。シリコン基板２はシリコンウェハーから構成される。ヒータ１４はガス検知部５を加熱する。検出部１０は、ヒータ１４によって、ガス感知層１２を加熱したときのガス感知層１２の抵抗値によって対象ガスを検出する。

【0037】

次に、加熱制御部３０によるヒータ１４の駆動について説明する。図３は、第１抵抗値が第１閾値より大きい場合のヒータ駆動パターンの一例を示す図である。加熱制御部３０は、ヒータ１４を間欠駆動する。加熱制御部３０は、ヒータ１４に対してヒータ駆動電圧としてパルス状の電圧を周期的に印加する。加熱制御部３０は、３０秒以上６０秒以下の周期Ｐでパルス状の電圧をヒータ１４に印加してよい。

【0038】

加熱制御部３０は、ガス感知層１２の温度を第１温度Ｔ１（Ｈｉｇｈ）に制御する。ガス感知層１２の温度を第１温度Ｔ１とするためにヒータ１４に印加すべき電圧が予め設定されていてよい。加熱制御部３０は、予め設定された電圧をヒータ１４に印加してよい。加熱制御部３０は、予め定められた加熱時間にわたって、ガス感知層１２の温度を第１温度Ｔ１に保持してよい。一例において、第１検知処理における加熱時間は、３０ｍ秒から１００ｍ秒であり、より好ましくは、４０ｍ秒以上９０ｍ秒であってよい。

【0039】

第１取得部５０は、加熱制御部３０によってガス感知層１２の温度が第１温度Ｔ１に制御された状態で測定部２０によって測定されたガス感知層１２の第１抵抗値を取得する。加熱開始されてから、例えば１００ｍ秒が経過するまでの何れかの時点で、ガス感知層１２の抵抗値が取得される。特に、第１温度Ｔ１に加熱開始後４０ｍ秒以上９０ｍ秒経過した時点で第１抵抗値が取得されてよい。

【0040】

一例において、測定部２０がガス感知層１２の電気抵抗値を定常的に測定する。第１取得部５０が、ガス感知層１２の温度が第１温度Ｔ１に制御された状態となるタイミングで、測定部２０による測定結果をサンプリング及びＡＤ変換（アナログ−デジタル変換）することで、第１抵抗値を取得してよい。第２取得部６０も、同様の構成であってよい。

【0041】

加熱制御部３０は、第１判断を実行する。第１判断は、第１抵抗値が予め定められた第１閾値以下であるかについての判断である。但し、第１判断は、加熱制御部３０以外の制御部が実行してもよい。第１抵抗値が第１閾値より大きい場合には、対象ガスが検出されなかったとして、加熱制御部３０は、図３に示されるとおり、ヒータ１４への通電を停止する。したがって、加熱時間を短縮化することができ、省電力を実現することができる。

【0042】

図４は、第２抵抗値が第２閾値より大きい場合のヒータ駆動パターンの一例を示す図である。第１抵抗値が第１閾値以下の場合には、加熱制御部３０は、図４に示されるとおり、ガス感知層１２の温度を第１温度Ｔ１より低い第２温度Ｔ２（Ｌｏｗ）に制御する。加熱制御部３０は、予め定められた加熱時間にわたって、ガス感知層１２の温度を第２温度Ｔ２に保持してよい。一例において、第２検知処理における加熱時間は、１６０ｍ秒以上２００ｍ秒以下であってよい。

【0043】

第２取得部６０は、加熱制御部３０によってガス感知層１２の温度が第２温度Ｔ２に制御された状態で測定部２０によって測定されたガス感知層１２の第２抵抗値を取得する。加熱開始されてから、例えば２００ｍ秒までの何れかの時点で、ガス感知層１２の抵抗値が取得される。特に、第２温度Ｔ２に加熱開始後１６０ｍ秒以上２００ｍ秒経過した時点で第２抵抗値が取得されてよい。

【0044】

加熱制御部３０は、第２判断を実行する。第２判断は、第２抵抗値が予め定められた第２閾値以下であるかについての判断である。但し、第２判断は、加熱制御部３０以外の制御部が実行してもよい。第２抵抗値が第２閾値より大きい場合には、対象ガスが検出されなかったとして、加熱制御部３０は、図４に示されるとおり、ヒータ１４への通電を停止する。したがって、加熱時間が短くなり、省電力を実現することができる。

【0045】

図５は、第２抵抗値が第２閾値以下の場合のヒータ駆動パターンの一例を示す図である。一般的なＨｉｇｈ状態での予備検知とＬｏｗ状態での本検知の制御の場合は、第２抵抗値が第２閾値以下であれば、対象ガスが検出されたと判断される。一方、本例のガスセンサ１００は、この場合と異なり、対象ガス以外のアルコール等との選択性を向上するための制御を更に実行する。具体的には、加熱制御部３０は、第２抵抗値が第２閾値以下の場合には、図５に示されるとおり、ガス感知層１２の温度を第２温度Ｔ２より高い第３温度Ｔ３（Ｈｉｇｈ）に制御する。

【0046】

加熱制御部３０は、予め定められた加熱時間にわたって、ガス感知層１２の温度を第３温度Ｔ３に保持してよい。例えば、加熱時間は、１６０ｍ秒以上２００ｍ秒である。第３取得部７０は、加熱制御部３０によってガス感知層１２の温度が第３温度Ｔ３に制御された状態で測定部２０によって測定されたガス感知層１２の第３抵抗値を取得する。ヒータ１４が、再度のＨｉｇｈ状態に駆動開始されて加熱開始されてから、例えば２００ｍ秒までの何れかの時点で、ガス感知層１２の第３抵抗値が取得される。特に、第３温度Ｔ３に加熱開始後１６０ｍ秒以上２００ｍ秒経過した時点で第３抵抗値が取得されてよい。

【0047】

判別部８０は、第３抵抗値に基づいて、存在するガス種を判別する。本例における判別部８０は、比較部８２を備える。比較部８２は、第３抵抗値と、予め定められた第３閾値とを比較する。判別部８０は、第３抵抗値と第３閾値との比較結果に基づいて、存在するガス種を判別する。

【0048】

図５に示される例では、第１温度Ｔ１と第３温度Ｔ３は同じである。但し、本例のガスセンサ１００は、この場合に限られない。図６は、第２抵抗値が第２閾値以下の場合のヒータ駆動パターンの一例を示す図である。図６に示されるとおり、第３温度Ｔ３は、第１温度Ｔ１より高くてよい。第３温度Ｔ３を第１温度Ｔ１より高くすることによって、対象ガスとアルコールとの選択性を更に高めることができる。

【0049】

本例のガスセンサ１００は、第１抵抗値及び第２抵抗値の値に応じて、図３、図４、及び図５に示されるようにヒータ駆動パターンを切り替える。したがって、常に、第１温度Ｔ１、第２温度Ｔ２、及び第３温度Ｔ３という温度に制御する場合に比べて、全体の加熱時間を短くすることができる。

【0050】

図７は、ヒータ１４をＨｉｇｈ状態に駆動した場合におけるガス感知層の抵抗変化の一例を示す図である。図７は、ガス感知層１２の温度を第１温度Ｔ１に保持した場合の測定結果を示している。具体的には、図７は、ガス感知層１２の温度を４３０℃とした場合の測定結果を示す。図７には、ガスセンサ１００の検出部１０が置かれている雰囲気が、大気（Ａｉｒと表示）、ＬＰガス（ＬＰと表示。イソブタン等）、水素ガス（Ｈ２と表示）、エタノール（ＥＴＯＨと表示）、及びメタンガス（ＣＨ４と表示）の場合が示されている。

【0051】

図７に示されるとおり、大気中の場合と比べて、大気以外の何れかのガスが存在する場合には、ガス感知層１２の抵抗値が低くなる。大気中では、加熱開始後４０ｍ秒程度経過した時点でガス感知層１２の抵抗値が安定する。一方、ＬＰガス中及び水素ガス中では、ガス感知層１２の抵抗値が大気中の場合と比べて大きく減少した後、４０ｍ秒あたりで上昇をはじめて徐々に大気中におけるガス感知層１２の抵抗値に近づいていく。エタノール等のアルコール中ではガス感知層１２の抵抗値が徐々に減少する。メタンガス中の場合もガス感知層１２の抵抗値が徐々に減少する。

【0052】

したがって、例えば、加熱開始してから３０ｍ秒から１００ｍ秒の時間範囲においては、大気中におけるガス感知層１２の抵抗値と、各ガス中におけるガス感知層１２の抵抗値との間に差がある。それゆえ、ガス感知層１２の抵抗値に基づいて、ガスの存在の有無を判断することができる。具体的には、大気中の場合と、大気以外の何れかのガスが存在する場合とを区別できる値になるように第１閾値Ｌ１が設定される。本例では、４０ｋΩと１００ｋΩとの間に第１閾値Ｌ１が設定される。但し、閾値は、検出部１０によって異なるので、この場合に限定されない。

【0053】

加熱制御部３０によってガス感知層１２の温度が第１温度Ｔ１に制御された状態で測定部２０によって測定されたガス感知層１２の第１抵抗値が第１閾値Ｌ１と比較される。第１抵抗値が第１閾値Ｌ１より大きい場合には、加熱制御部３０は、大気以外の何れかのガスが検出されなかったとして、ヒータ１４への通電を停止する。一方、第１抵抗値が第１閾値Ｌ１以下である場合には、対象ガスが検出される可能性がある。したがって、対象ガスの濃度によってガス感知層１２の抵抗が変化しやすい温度領域になるように加熱制御部３０は、ガス感知層１２の温度を第１温度Ｔ１より低い第２温度Ｔ２に制御する。

【0054】

図８は、ヒータをＬｏｗ状態に駆動した場合におけるガス感知層の抵抗変化の一例を示す図である。図８は、ガス感知層１２の温度を第２温度Ｔ２に保持した場合の測定結果を示している。具体的には、図８は、ガス感知層１２の温度を３３０℃とした場合の測定結果を示す。図８に示されているガス種は、図７に示されているガス種と同じである。

【0055】

大気中では、加熱開始後６０ｍ秒程度経過した時点でガス感知層１２の抵抗値が安定する。また、水素ガス中では、ガス感知層１２の抵抗値が大気中の場合と比べて大きく減少した後、徐々に大気中の抵抗値に近づいていく。ＬＰガス中の場合、エタノール等のアルコール中の場合、及びメタンガス中の場合では、それぞれガス感知層１２の抵抗値が徐々に減少していく。

【0056】

したがって、例えば、Ｌｏｗ状態に加熱開始してから１６０ｍ秒から２００ｍ秒の時間範囲においては、ＬＰガス中の場合及びアルコール中の場合におけるガス感知層１２の抵抗値と、水素ガス中におけるガス感知層の抵抗値との間に差がある。したがって、ガス感知層の抵抗値に基づいて、存在するガスが、水素ガスであるかを区別することができる。

【0057】

メタンガス中の場合におけるガス感知層１２の抵抗値と水素ガス中の場合におけるガス感知層１２の抵抗値との差は、加熱時間が長くなるにつれて大きくなる。したがって、対象ガスがメタンガスである場合は、対象ガスがＬＰガスである場合と比べて、第２抵抗値を取得するタイミングを遅らせてよい。本例では、３０ｋΩと３００ｋΩとの間に第２閾値Ｌ２（Ｌ２´）が設定される。図８に示される温度領域では、メタンガス中におけるガス感知層１２の抵抗値が、ＬＰガス中におけるガス感知層１２の抵抗値より高い。したがって、対象ガスがメタンガスである場合の第２閾値Ｌ２´は、対象ガスがＬＰガスである場合の第２閾値Ｌ２より高い値に設定されてよい。

【0058】

ガス感知層１２の第２抵抗値が第２閾値Ｌ２と比較される。第２抵抗値が第２閾値Ｌ２より大きい場合には、存在するガスは水素ガス等の雑ガスであり、対象ガスではない。したがって、加熱制御部３０は、ヒータ１４への通電を停止する。一方、第２抵抗値が第２閾値Ｌ２以下である場合には、対象ガスが存在する可能性がある。本例の加熱制御部３０は、対象ガスをメタノール等のアルコールに対して選択して検出するために、ガス感知層１２の温度が第２温度Ｔ２より高い第３温度Ｔ３となるように制御する。

【0059】

図９は、ヒータを２００ｍ秒間にわたってＨｉｇｈ状態に駆動した場合におけるガス感知層の抵抗変化の一例である。図９は、ガス感知層１２の温度を第３温度Ｔ３に保持した場合の測定結果を示している。具体的には、図９は、ガス感知層１２の温度を４３０℃とした場合の測定結果を示す。

【0060】

図７においても説明したとおり、大気中では、加熱開始後４０ｍ秒程度経過した時点でガス感知層１２の抵抗値が安定する。一方、ＬＰガス（イソブタン等）中の場合及び水素ガス中の場合では、ガス感知層１２の抵抗値が大気中の場合と比べて大きく減少した後、４０ｍ秒あたりで増加し始めて、徐々に大気中におけるガス感知層１２の抵抗値に近づいていく。エタノール等のアルコール中ではガス感知層１２の抵抗値が徐々に減少し、加熱開始後１００ｍ秒程度から、ガス感知層１２の抵抗値が徐々に大きくなる。

【0061】

ＬＰガス中の場合は、アルコール中の場合に比べて、加熱時間の経過に伴うガス感知層１２の抵抗値の増加率が大きい。増加率の違いに起因して、例えば、加熱開始してから１６０ｍ秒以上２００ｍ秒の時間範囲においては、ＬＰガス中におけるガス感知層１２の抵抗値と、アルコール中におけるガス感知層１２の抵抗値との間に差が生じる。具体的には、ＬＰガス中のガス感知層１２の抵抗値は、アルコール中のガス感知層１２の抵抗値より高くなる。ＬＰガス中のガス感知層１２の抵抗値と、アルコール中のガス感知層１２の抵抗値との間に、第３閾値Ｌ３を設定してよい。

【0062】

判別部８０は、ガス感知層１２の抵抗値に基づいて、存在するガスが、ＬＰガスであるかアルコールであるかを判別することができる。比較部８２は、ガス感知層１２の第３抵抗値と第３閾値Ｌ３とを比較してよい。対象ガスがＬＰガスである場合、判別部８０は、第３抵抗値が第３閾値以上である場合に、対象ガスであるＬＰガスが存在すると判別してよい。一方、判別部８０は、第３抵抗値が第３閾値より小さい場合に、対象ガス以外のガスが存在すると判別してよい。具体的には、判別部８０は、第３抵抗値が第３閾値より小さい場合には、アルコールを含むガスが存在すると判別してよい。したがって、対象ガスがＬＰガスである場合において、対象ガスをアルコール等の雑ガスに対して区別して検出することができる。

【0063】

メタンガス中の場合は、ガス感知層１２の抵抗値は、加熱開始後４０ｍ秒まで減少した後、４０ｍ秒から２００ｍ秒までの時間範囲において変化しにくい。一方、エタノール等のアルコール中の場合には、加熱開始後１００ｍ秒経過時点付近から、ガス感知層１２の抵抗値が徐々に大きくなる。したがって、例えば、加熱開始後１６０ｍ秒経過後の時間範囲では、メタンガス中におけるガス感知層１２の抵抗値と、アルコール中におけるガス感知層１２の抵抗値との間に差が生じる。具体的には、メタンガス中のガス感知層１２の抵抗値は、アルコール中のガス感知層１２の抵抗値よりも低くなる。したがって、メタンガスが対象ガスである場合には、メタンガス中におけるガス感知層１２の抵抗値と、アルコール中におけるガス感知層１２の抵抗値との間に、第３閾値Ｌ３´を設定してよい。

【0064】

判別部８０は、ガス感知層１２の抵抗値に基づいて、存在するガスが、メタンガスであるかアルコールであるかを判別することができる。比較部８２は、ガス感知層１２の第３抵抗値と第３閾値Ｌ３とを比較してよい。判別部８０は、第３抵抗値が第３閾値以下である場合には、対象ガスであるメタンガスが存在すると判別してよい。一方、判別部８０は、第３抵抗値が第３閾値より大きい場合には、対象ガス以外のガスが存在すると判別してよい。具体的には、判別部８０は、第３抵抗値が第３閾値より大きい場合には、アルコールを含むガスが存在すると判別してよい。したがって、対象ガスがメタンガスである場合において、対象ガスをアルコール等の雑ガスに対して区別して検出することができる。

【0065】

アルコールと対象ガスとの判別のためには、第３温度Ｔ３において測定された第３抵抗値を用いる一方、対象ガスの濃度を決定するためには、ガス感度を高くするために第２温度Ｔ２において測定された第２抵抗値を用いてもよい。例えば、対象ガスがＬＰガスである場合に、アルコールと対象ガスとの判別には、４００℃以上の第３温度において測定された抵抗値を用いることが有利であるが、温度が４００℃以上になると対象ガスに対する感度（ガス濃度に対する抵抗値の変化量）は低くなるため、対象ガスの濃度を決定するには不利である。したがって、対象ガスがアルコールではなくＬＰガスであると判別された場合において、対象ガスの濃度の決定には、ガス感度の高い３３０℃前後の第２温度において測定された第２抵抗値を用いてよい。これにより、ガスの検出感度を維持しつつ、アルコールに対する選択性を高めることができる。一方、対象ガスがメタンガスである場合には、温度が第２温度の場合より第３温度の場合の方が、ガス感度が高いので、第３温度における測定された第３抵抗値を用いて、アルコールと対象ガスとの判別のみならず、対象ガスの濃度を決定してよい。

【0066】

図１０は、本発明の第１実施形態のガスセンサ１００の処理内容の一例を示すフローチャートである。図１０は、ガスセンサ１００の制御方法の一例を示す。加熱制御部３０は、ヒータ１４に電圧を印加して、ガス感知層１２の温度が第１温度Ｔ１になるようにヒータ１４を制御する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１の処理は、ガス感知層１２の温度を第１温度Ｔ１に制御する第１温度制御段階に対応する。ステップＳ１０１の処理は、ガス感知層１２をクリーニングする処理を兼ねてよい。

【0067】

第１取得部５０は、ガス感知層１２の第１抵抗値を取得する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２の処理は、ガス感知層１２の温度が第１温度Ｔ１に制御された状態で測定されたガス感知層１２の第１抵抗値を取得する第１取得段階に対応する。

【0068】

加熱制御部３０は、第１抵抗値が第１閾値Ｌ１以下であるかを判断する（ステップＳ１０３）。第１抵抗値が第１閾値Ｌ１より大きい場合には（ステップＳ１０３：ＮＯ）、対象ガスが存在しないと考えられるので、加熱制御部３０は、ヒータ１４への通電を停止して、ヒータ１４をオフする（ステップＳ１１０）。したがって、第１抵抗値が第１閾値Ｌ１より大きく、大気以外のガスが存在しない場合には、直ちに加熱を停止することができる。これにより、消費電力を低減することができる。

【0069】

第１抵抗値が第１閾値Ｌ１以下である場合には（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、何らかのガスが存在する蓋然性がある。したがって、加熱制御部３０は、ガス感知層１２の温度が第２温度Ｔ２になるようにヒータ１４を制御する（ステップＳ１０４）。第２温度Ｔ２は、第１温度Ｔ１より低い。特に、第２温度Ｔ２は、２５０℃以上３５０℃以下であってよい。第２温度Ｔ２は、対象ガスのガス感度が第１温度Ｔ１の場合より高い温度領域に設定してよい。例えば、対象ガスがＬＰガスである場合、４００℃以上５００℃以下である第１温度Ｔ１の場合よりも２５０℃以上３５０℃以下である第２温度Ｔ２の方がガス感度が高い。したがって、第２温度Ｔ２において抵抗値を測定することによって、対象ガスの濃度を正確に判別することができる。これにより、所定の濃度範囲において確実に対象ガスを検出することができる。また、加熱制御部３０は、後述するように、対象ガスの種類に応じて、第２温度Ｔ２を変更してもよい。ステップＳ１０４の処理は、第１抵抗値が予め定められた第１閾値以下の場合に、ガス感知層１２の温度を第１温度Ｔ１より低い第２温度Ｔ２に制御する第２温度制御段階に対応する。

【0070】

第２取得部６０は、ガス感知層１２の第２抵抗値を取得する（ステップＳ１０５）。第２取得部６０は、例えば、加熱開始後１６０ｍ秒以上２００ｍ秒以下の時間領域において測定されたガス感知層１２の抵抗値を第２抵抗値として取得する。ステップＳ１０５の処理は、ガス感知層１２の温度が第２温度Ｔ２に制御された状態で測定されたガス感知層１２の第２抵抗値を取得する第２取得段階に対応する。

【0071】

加熱制御部３０は、第２抵抗値が第２閾値Ｌ２以下であるかを判断する（ステップＳ１０６）。第２抵抗値が第２閾値Ｌ２より大きい場合には（ステップＳ１０６：ＮＯ）、対象ガスが存在しないと考えられる。したがって、加熱制御部３０は、ヒータ１４への通電を停止して、ヒータ１４をオフする（ステップＳ１１０）。これにより、第２抵抗値が第２閾値Ｌ２より大きく、大気以外のガスが存在しない場合には、加熱が直ちに停止されて、消費電力が低減される。

【0072】

第２抵抗値が第２閾値Ｌ２以下である場合には（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、対象ガスが存在する可能性がある。対象ガスは、ＬＰガスまたはメタンガスであってよい。しかしながら、例えば、ＬＰガスの濃度及びアルコール等の濃度によっては、ＬＰガス中のガス感知層１２の抵抗値と、アルコール中のガス感知層１２の抵抗値とが近似する。そのため、第２抵抗値に基づいてガス種を判断することが難しい場合がある。

【0073】

したがって、本例では、第２抵抗値が第２閾値Ｌ２以下である場合には（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、加熱制御部３０は、ガス感知層１２の温度が第３温度Ｔ３になるようにヒータ１４を制御する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０７の処理は、第２抵抗値が予め定められた第２閾値以下の場合に、ガス感知層１２の温度を第２温度Ｔ２より高い第３温度Ｔ３に制御する第３温度制御段階に対応する。

【0074】

第３温度Ｔ３は、４００℃以上５００℃以下であってよく、より好ましくは、４００℃以上４５０℃以下であってよい。対象ガスがＬＰガスである場合、第３温度Ｔ３が４００℃より低く設定されると、ＬＰガスが脱離しきれずにガス感知層１２等にＬＰガスが残ってしまう。したがって、加熱時間に伴うガス感知層１２の抵抗値が低下したままとなり、ＬＰガスとアルコールとの区別が難しくなる。対象ガスがメタンガスである場合、第３温度Ｔ３が４００℃より低く設定されると、エタノール等のアルコール中における抵抗値が低下したままとなり、メタンガスとアルコールとの区別が困難になる場合がある。一方、第３温度Ｔ３を５００℃より高くすると、検出部１０を劣化させる可能性がある。

【0075】

第３取得部７０は、ガス感知層１２の第３抵抗値を取得する（ステップＳ１０８）。第３取得部７０は、例えば、加熱開始後１６０ｍ秒以上２００ｍ秒以下の時間領域において測定されたガス感知層１２の抵抗値を第３抵抗値として取得する。ステップＳ１０８の処理は、ガス感知層１２の温度が第３温度Ｔ３に制御された状態で測定されたガス感知層１２の第３抵抗値を取得する第３取得段階に対応する。

【0076】

判別部８０は、第３抵抗値に基づいてガス種を判別するガス種判別処理を実行する（ステップＳ１０９）。ステップＳ１０９の処理は、第３取得段階（ステップＳ１０８）において取得された第３抵抗値に基づいて、存在するガス種を判別する判別段階に対応する。加熱制御部３０は、ヒータ１４への通電を停止して、ヒータ１４をオフする（ステップＳ１１０）。加熱制御部３０は、例えば、３０秒以上６０秒以下のヒータ駆動周期Ｐが経過するのを待って（ステップＳ１１１：ＹＥＳ）、再び、ガス感知層１２の温度が第１温度Ｔ１になるようにヒータ１４を制御する（ステップＳ１０１）。

【0077】

図１１は、対象ガスがＬＰガスである場合におけるガス種判別処理の一例を示すフローチャートである。図１１は、図１０のステップＳ１０９の処理の一例である。比較部８２は、第３抵抗値と、予め定められた第３閾値Ｌ３とを比較する（ステップＳ２０１）。第３抵抗値が第３閾値Ｌ３以上である場合には（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、図９において説明したとおり、アルコールを含む雑ガスによる影響ではなく、実際に、対象ガスが存在すると考えられる。したがって、判別部８０は、ＬＰガスが存在すると判別する（ステップＳ２０２）。

【0078】

一方、第３抵抗値が第３閾値Ｌ３より小さい場合には（ステップＳ２０１：ＮＯ）、アルコールを含むガスが存在すると判断する（ステップＳ２０３）。ＬＰガスが存在すると判別された場合には、警報発生部４０は、ガス漏れ警報を発報する（ステップＳ２０４）。一方、アルコールを含むガスが存在すると判断された場合には、警報発生部４０は、ガス漏れ警報を発報せずに、リターンしてよい。

【0079】

図１２は、対象ガスがメタンガスである場合におけるガス種判別処理の一例を示すフローチャートである。図１２は、図１０のステップＳ１０９の処理の一例である。比較部８２は、第３抵抗値と、予め定められた第３閾値Ｌ３´とを比較する（ステップＳ３０１）。第３抵抗値が第３閾値Ｌ３´以下である場合には（ステップＳ３０１：ＹＥＳ）、図９において説明したとおり、アルコールを含む雑ガスによる影響ではなく、実際に、対象ガスが存在すると考えられる。したがって、判別部８０は、メタンガスが存在すると判別する（ステップＳ３０２）。

【0080】

一方、第３抵抗値が第３閾値Ｌ３´より大きい場合には（ステップＳ３０１：ＮＯ）、アルコールを含むガスが存在すると判断する（ステップＳ３０３）。メタンガスが存在すると判別された場合には、警報発生部４０は、ガス漏れ警報を発報する（ステップＳ３０４）。一方、アルコールを含むガスが存在すると判断された場合には、警報発生部４０は、ガス漏れ警報を発報せずに、リターンしてよい。

【0081】

以上のように、本例の制御方法によれば、第１抵抗値が第１閾値Ｌ１以下であり（図１０のステップＳ１０３：ＹＥＳ）、かつ第２抵抗値が第２閾値Ｌ２以下である場合（図１０のステップＳ１０５：ＹＥＳ）に限って、ガス感知層１２の温度を第３温度Ｔ３に保持する処理（ステップＳ１０７及びステップＳ１０８）を実行する。したがって、各周期Ｐにおいて、ガス感知層１２の温度を第３温度Ｔ３に比較的長く保持する処理を実行する場合に比べて、消費電力を低減することができる。

【0082】

本例の制御方法によれば、第１抵抗値および第２抵抗値の値に応じて、図３、図４、及び図５に示されるようにヒータ駆動パターンを切り替える。したがって、各周期Ｐにおいて、常に、第１温度Ｔ１、第２温度Ｔ２、及び第３温度Ｔ３という温度に制御する場合に比べて、全体の加熱時間を短くすることができる。したがって、消費電力を低減することができる。

【0083】

本例のガスセンサ１００は、第２抵抗値が第２閾値Ｌ２以下である場合において、直ちに、対象ガスが存在すると結論せずに、さらに、ガスの判別処理を実行する。したがって、アルコール等のガスに対する対象ガスの選択性を高める。それゆえ、対象ガスが存在しないにもかかわらず、警報発生部４０が警報を発報する可能性を低減することができる。

【0084】

本例のガスセンサ１００において、加熱制御部３０は、対象ガスの種類に応じて、第２温度Ｔ２を変更してよい。また、加熱制御部３０は、対象ガスの種類に応じて、第３温度Ｔ３を変更してよい。図１３は、ＬＰガスに対するガス感度とメタンガスに対するガス感度を示す図である。第２温度Ｔ２は、対象ガスのガス感度（検出感度）が第１温度Ｔ１の場合に比べて高い温度領域に設定してよい。但し、ガス種によっては、第２温度Ｔ２における対象ガスのガス温度が第１温度Ｔ１の場合に比べて低くてもよい。メタンガスに対するガス感度のピークは、ＬＰガスの対するガス感度のピークより高温側に位置している。したがって、加熱制御部３０は、対象ガスがメタンガスの場合における第２温度Ｔ２を、対象ガスがＬＰガスの場合における第２温度Ｔ２より高く設定してよい。例えば、対象ガスがメタンガスの場合における第２温度Ｔ２は３５０℃であってよく、対象ガスがＬＰガスの場合における第２温度Ｔ２は３３０℃であってよい。

【0085】

また、図９に示されるとおり、ＬＰガス中のガス感知層１２の抵抗値とエタノール等のアルコール中のガス感知層１２の抵抗値との差は、第３温度Ｔ３に保持する加熱時間が長くなるほど小さくなる。一方、メタンガス中のガス感知層１２の抵抗値とアルコール中のガス感知層１２の抵抗値との差は、第３温度Ｔ３に保持する加熱時間が長くなるほど大きくなる。そして、第３温度Ｔ３が高くなると、このような傾向が強まる。したがって、対象ガスがメタンガスの場合には、対象ガスがＬＰガスの場合に比べて高い値に第３温度Ｔ３に設定することによって、アルコールとの選択性を高くしてよい。

【0086】

図１４は、ガスセンサ１００の処理内容の一例を示すフローチャートである。図１４のステップＳ４０１〜ステップＳ４０６は、図１０のステップＳ１０１〜ステップＳ１０６と同じであり、図１４のステップＳＳ４０８〜ステップＳ４１２は、図１０のステップＳ１０７〜ステップＳ１１１と同様である。図１４に示される処理は、ステップＳ４０７が加えられている点で、図１０に示される処理と異なる。したがって、図１０の処理と同様のステップについては、繰返しの説明を省略する。

【0087】

ステップＳ４０７において、加熱制御部３０は、第２抵抗値に応じて第３温度Ｔ３を変更してよい。具体的には、第２抵抗値が低くなるほど、ガス感知層１２に付着しているガス成分の量が多くなると推定される。ガス感知層１２に付着しているガス成分が多い場合には、Ｈｉｇｈ駆動してガス感知層１２を第３温度Ｔ３に加熱してガス成分を脱離させるのに時間がかかる。したがって、第２抵抗値が低いほど、第３温度Ｔ３を高くしてよい。

【0088】

第２抵抗値が低い場合に加熱制御部３０が第３温度Ｔ３を高くすることによって、ガス感知層１２に付着しているＬＰガスの脱離が促進される。したがって、ＬＰガス中のガス感知層１２の抵抗値とアルコール中でのガス感知層１２の抵抗値の差を確保しやすくなる。また、第２抵抗値が低い場合に加熱制御部３０が第３温度Ｔ３を高くすることによって、ガス感知層１２に付着しているアルコールの脱離が促進される。したがって、メタンガス中のガス感知層１２の抵抗値とアルコール中でのガス感知層１２の抵抗値の差を確保しやすくなる。

【0089】

図１５は、ガスセンサ１００の処理内容の一例を示すフローチャートである。図１５のステップＳ５０１〜ステップＳ５０７は、図１０のステップＳ１０１〜ステップＳ１０７と同じであり、図１５のステップＳＳ５０９〜ステップＳ５１２は、図１０のステップＳ１０８〜ステップＳ１１１と同様である。図１５に示される処理は、ステップＳ５０８が加えられている点で、図１０に示される処理と異なる。したがって、図１０の処理と同様のステップについては、繰返しの説明を省略する。

【0090】

ステップＳ５０８において、第３取得部７０は、第２抵抗値に応じて第３抵抗値を取得するタイミングを変更する。これにともなって、加熱制御部３０は、ガス感知層１２を第３温度Ｔ３に加熱する加熱時間を長くしてよい。加熱時間を長くすることによって、ガス感知層１２に付着しているＬＰガスの脱離が促進される。したがって、ＬＰガス中のガス感知層１２の抵抗値とアルコール中でのガス感知層１２の抵抗値の差を確保することができる。また、ガス感知層１２に付着しているアルコールの脱離が促進される。したがって、メタンガス中のガス感知層１２の抵抗値とアルコール中でのガス感知層１２の抵抗値の差を確保することができる。また、判別部８０は、第２抵抗値に応じて第３温度Ｔ３を変更してよい。例えば、判別部８０は、第２閾値Ｌ２と第２抵抗値との比をみて、第３閾値を決める。例えば、第２抵抗値が低いほど第３閾値も小さくしてよい。

【0091】

図１６は、本発明の第２実施形態のガスセンサ１００の概略を示す図である。第２実施形態のガスセンサ１００は、判別部８０が変化率算出部８４を備えることを除いて、第１実施形態のガスセンサ１００の構造と同様である。したがって、繰り返しの説明を省略する。

【0092】

変化率算出部８４は、加熱開始からの加熱時間経過に伴う第３抵抗値の時間変化率を算出する。本実施形態においては、複数の時刻において、第３抵抗値が取得されてよい。複数の時刻において取得された複数の第３抵抗値から第３抵抗値の時間変化率が算出される。変化率算出部８４は、特定の時刻における第３抵抗値を基準にして第３抵抗値の最大時間変化率（最大比）を算出してよい。

【0093】

図１７は、ヒータ１４をＨｉｇｈ状態に駆動した場合におけるガス感知層１２の抵抗の時間変化率の一例を示す図である。図１７は、ガス感知層１２の温度を第３温度Ｔ３に保持した場合におけるガス感知層１２の抵抗の時間変化率を示している。図１７において、縦軸は、所定の時刻におけるガス感知層１２の抵抗値を基準とした比率を示す。本例では、加熱開始後２００ｍ秒経過時のガス感知層１２の抵抗値を基準として比率を示している。具体的には、加熱開始後２００ｍ秒経過時のガス感知層１２の第３抵抗値をＲ_２００とし、任意の時刻Ｘにおけるガス感知層１２の第３抵抗値をＲ_Ｘとすると、図１７の縦軸に示される変化率はＲ_２００／Ｒ_Ｘの式により算出される。

【0094】

図１７に示されるとおり、ＬＰガス中のガス感知層１２の抵抗値の時間変化率は、最大で３．２程度である。具体的には、ＬＰガス中においては、加熱開始後４０秒経過時におけるガス感知層１２の第３抵抗値は、加熱開始後２００秒経過時におけるガス感知層１２の第３抵抗値の３．２倍となる。一方、エタノール等のアルコール中のガス感知層１２の抵抗値の時間変化率は、最大で２．３程度である。具体的には、エタノール中においては、加熱開始後１００秒経過時におけるガス感知層１２の第３抵抗値は、加熱開始後２００秒経過時におけるガス感知層１２の第３抵抗値の２．３倍となる。したがって、対象ガスがＬＰガスの場合は、２．３倍と３．２倍の間に変化率閾値Ｌ４が設定されてよい。

【0095】

また、メタンガス中のガス感知層１２の抵抗値の時間変化率は、最大で１程度である。したがって、対象ガスがメタンガスの場合は、２．３倍と１倍の間に変化率閾値Ｌ４´が設定されてよい。以上のように、判別部８０は、第３抵抗値の時間変化率によって、存在するガス種を判別する。特に、対象ガスがメタンガスである場合に、対象ガスのアルコール等の物質に対する選択性を高める上で効果的である。以上のような第２実施形態のガスセンサ１００の処理内容は、ガス種の判別の処理を除いて、図１０、図１４、及び図１５に示される各処理内容と同様である。

【0096】

図１８は、対象ガスがＬＰガスである場合におけるガス種判別処理の一例を示すフローチャートである。図１８は、図１０のステップＳ１０９、図１４のステップＳ４１０、図１５のステップＳ５１０の処理の一例である。

【0097】

変化率算出部８４は、加熱開始からの時間経過に伴う第３抵抗値の時間変化率を算出する（ステップＳ６０１）。時間変化率は、図１７において説明したような第３抵抗値の最大時間変化率（最大比）であってよい。但し、時間変化率は、第３抵抗値の時間的な変化の度合いを示すものであればよく、最大時間変化率に限られない。

【0098】

判別部８０は、算出された時間変化率によって、存在するガス種を判別する。具体的には、判別部８０は、第３抵抗値の時間変化率が、予め定められた変化率閾値Ｌ４以上であるか否かを判断する（ステップＳ６０２）。第３抵抗値の時間変化率が、予め定められた変化率閾値Ｌ４以上である場合には（ステップＳ６０２：ＹＥＳ）、判別部８０は、ＬＰガスが存在すると判別する（ステップＳ６０３）。一方。第３抵抗値の時間変化率が、変化率閾値Ｌ４より小さい場合には（ステップＳ６０２：ＮＯ）、アルコールを含むガスが存在すると判断する（ステップＳ６０４）。ＬＰガスが存在すると判別された場合には、警報発生部４０は、ガス漏れ警報を発報してよい（ステップＳ６０５）。

【0099】

図１９は、対象ガスがメタンガスである場合におけるガス種判別処理の一例を示すフローチャートである。図１９は、図１０のステップＳ１０９、図１４のステップＳ４１０、図１５のステップＳ５１０の処理の一例である。変化率算出部８４は、加熱開始からの時間経過に伴う第３抵抗値の時間変化率を算出する（ステップＳ７０１）。

【0100】

判別部８０は、第３抵抗値の時間変化率が、予め定められた変化率閾値Ｌ４´以下であるか否かを判断する（ステップＳ７０２）。判別部８０は、第３抵抗値の時間変化率が、予め定められた変化率閾値Ｌ４´以下である場合には（ステップＳ７０２：ＹＥＳ）、判別部８０は、メタンガスが存在すると判別する（ステップＳ７０３）。一方。第３抵抗値の時間変化率が、変化率閾値Ｌ４´より大きい場合には（ステップ７０２：ＮＯ）、アルコールを含むガスが存在すると判断する（ステップ７０４）。メタンガスが存在すると判別された場合には、警報発生部４０は、ガス漏れ警報を発報してよい（ステップＳ７０５）。

【0101】

図２０は、本発明の第３実施形態のガスセンサ１００の概略を示す図である。第３実施形態のガスセンサ１００は、判別部８０がタイミング検出部８６を備えることを除いて、第１または第２実施形態のガスセンサ１００の構造と同様である。したがって、繰り返しの説明を省略する。

【0102】

タイミング検出部８６は、加熱開始からの加熱時間経過に伴って第３抵抗値が上がり始めるタイミングを検出する。本実施形態においては、複数の時刻において、第３抵抗値が取得される。複数の時刻において取得された複数の第３抵抗値から、第３抵抗値が上がり始めるタイミングを検出してよい。具体的には、加熱開始から、第３抵抗値が上がり始める時までの時間を検出してよい。

【0103】

上述した図９を参照すれば、ＬＰガス中の場合では、ガス感知層１２の抵抗値が、加熱開始後４０ｍ秒程度経過した時点で極小値を示し、その後にガス感知層１２の抵抗値が増加する。したがって、ＬＰガス中では、第３抵抗値が上がり始めるタイミングは、加熱開始後４０ｍ秒程度経過時点であってよい。一方、アルコール中では、第３抵抗値が上がり始めるタイミングは、加熱開始後１００ｍ秒程度経過時点であってよい。メタンガス中では、加熱開始後２００ｍ秒程度経過しても、第３抵抗値が停滞または低下している。したがって、メタンガス中では、第３抵抗値が上がり始めるタイミングは、加熱開始後２００ｍ秒程度経過時点以降であってよい。ここで、「停滞」とは、予め定められた数値範囲を維持していることを意味してよい。

【0104】

以上のような第３実施形態のガスセンサ１００の処理内容は、ガス種の判別の処理を除いて、図１０、図１４、及び図１５に示される各処理内容と同様である。図２１は、対象ガスがＬＰガスである場合におけるガス種判別処理の一例を示すフローチャートである。図２１は、図１０のステップＳ１０９、図１４のステップＳ４１０、図１５のステップＳ５１０の処理の一例である。

【0105】

タイミング検出部８６は、加熱開始からの加熱時間経過に伴って第３抵抗値が上がり始めるタイミングを検出する（ステップＳ８０１）。第３抵抗値が上がり始めるタイミングは、加熱開始からの加熱時間経過に伴って第３抵抗値が減少から増加に転ずる極小値のタイミングであってよい。あるいは、第３抵抗値が上がり始めるタイミングは、加熱開始からの加熱時間経過に伴って第３抵抗値が極小値から所定値だけ増加したタイミングであってもよい。

【0106】

判別部８０は、第３抵抗値が上がり始めるタイミングによって、存在するガス種を判別する。具体的には、判別部８０は、所定時間内に第３抵抗値が上がり始めたか否かを判断する（ステップＳ８０２）。所定時間は、ＬＰガス中での第３抵抗値が上がり始める時間より長く、アルコール中での第３抵抗値が上がり始める時間より短い時間に設定されてよい。図９に示される例では、所定時間は、４０ｍ秒より長く１００ｍ秒より短い時間に設定されてよい。

【0107】

所定時間内に第３抵抗値が上がり始めた場合には（ステップＳ８０２：ＹＥＳ）、判別部８０は、ＬＰガスが存在すると判別する（ステップＳ８０３）。一方、所定時間が経過しても第３抵抗値が停滞または低下している場合には（ステップＳ８０２：ＮＯ）、判別部８０は、対象ガス以外のガスが存在すると判別する。具体的には、判別部８０は、アルコールを含むガスが存在すると判断する（ステップＳ８０４）。ＬＰガスが存在すると判別された場合には、警報発生部４０は、ガス漏れ警報を発報してよい（ステップＳ８０５）。なお、所定時間内に第３抵抗値が上がり始めた場合には（ステップＳ８０２：ＹＥＳ）、加熱制御部３０は、ヒータ１４への通電を停止してもよい。

【0108】

図２２は、対象ガスがメタンガスである場合におけるガス種判別処理の一例を示すフローチャートである。図２２は、図１０のステップＳ１０９、図１４のステップＳ４１０、図１５のステップＳ５１０の処理の一例である。タイミング検出部８６は、加熱開始からの加熱時間経過に伴って第３抵抗値が上がり始めるタイミングを検出する（ステップＳ９０１）。

【0109】

判別部８０は、所定時間内に第３抵抗値が上がり始めたか否かを判断する（ステップＳ９０２）。所定時間は、アルコール中での第３抵抗値が上がり始める時間より長く、メタノール中での第３抵抗値が上がり始める時間より短い時間に設定されてよい。図９に示される例では、所定時間は、１００ｍ秒より長く２００ｍ秒より短くてよい。

【0110】

所定時間が経過しても第３抵抗値が停滞または低下している場合には（ステップＳ９０２：ＮＯ）、判別部８０は、メタンガスが存在すると判別する（ステップＳ９０３）。一方、所定時間内に第３抵抗値が上がり始めた場合には（ステップＳ９０２：ＹＥＳ）、判別部８０は、対象ガス以外のガスが存在すると判別する。具体的には、判別部８０は、アルコールを含むガスが存在すると判断する（ステップＳ９０４）。メタンガスが存在すると判別された場合には、警報発生部４０は、ガス漏れ警報を発報してよい（ステップＳ９０５）。

【0111】

本例においても、第２抵抗値が第２閾値Ｌ２以下である場合において、直ちに、対象ガスが存在すると結論せずに、さらに、ガスの判別処理を実行する。したがって、アルコール等のガスに対する対象ガスの選択性を高める。それゆえ、対象ガスが存在しないにもかかわらず、警報発生部４０が警報を発報する可能性を低減することができる。

【0112】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本明細書における各実施形態は、適宜組み合わせることができる。本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【0113】

特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順序で実施することが必須であることを意味するものではない。

【符号の説明】

【0114】

２・・シリコン基板、３・・熱絶縁支持層、４・・電気絶縁層、５・・ガス検知部、６・・貫通孔、７・・接合層、８・・ガス感知層電極、９・・選択燃焼層、１０・・検出部、１２・・ガス感知層、１４・・ヒータ、１６・・温度測定部、２０・・測定部、３０・・加熱制御部、４０・・警報発生部、５０・・第１取得部、６０・・第２取得部、７０・・第３取得部、８０・・判別部、８２・・比較部、８４・・変化率算出部、８６・・タイミング検出部、９０・・記憶部、１００・・ガスセンサ、２００・・制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】