特開 2023-14976 ガス検知装置及びガス検知方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023014976

(43)【公開日】2023-01-31

(54)【発明の名称】ガス検知装置及びガス検知方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/16 20060101AFI20230124BHJP

【ＦＩ】

G01N27/16 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022051156

(22)【出願日】2022-03-28

(31)【優先権主張番号】P 2021118375

(32)【優先日】2021-07-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】501418498

【氏名又は名称】矢崎エナジーシステム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100145908

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 信雄

(74)【代理人】

【識別番号】100136711

【弁理士】

【氏名又は名称】益頭 正一

(72)【発明者】

【氏名】宮城 敦子

(72)【発明者】

【氏名】柴田 真紀子

(72)【発明者】

【氏名】小澤 尚史

【テーマコード（参考）】

2G060

【Ｆターム（参考）】

2G060AA02

2G060AE19

2G060BA03

2G060BB02

2G060BB18

2G060BD02

2G060BD08

2G060HC02

2G060HC13

2G060KA01

(57)【要約】

【課題】低消費電力化とガスの検知精度の向上とが可能なガス検知装置及びガス検知方法を提供する。
【解決手段】検知素子２０と参照素子３０とを備え、検知素子２０でのガスの燃焼によりセンサ出力Ｖ_ｏｕｔが変化するブリッジ回路４０と、所定のパルス幅のパルス電圧の印加によりブリッジ回路４０を駆動させると共にブリッジ回路４０のセンサ出力Ｖ_ｏｕｔに基づいてガスを検知するＭＣＵ５０とを備えるガス検知装置であって、ＭＣＵ５０は、ガスの検知を判定するための閾値又は前記センサ出力Ｖ_ｏｕｔを、外部温度とエアベース出力の変動量との関係に応じて設定された補正値を用いて、外部温度に応じて補正し、この補正値は、個体毎のエアベース比に応じて個体毎に設定されており、エアベース比は、所定のパルス幅よりも長い仮想パルス幅のパルス電圧の印加によりブリッジ回路４０が駆動される仮想条件での仮想パルス幅の終端における仮想エアベース出力に対する所定のパルス幅の終端におけるエアベース出力の比率であるガス検知装置。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

検知素子と参照素子とを備え、前記検知素子でのガスの燃焼によりセンサ出力が変化するブリッジ回路と、
所定のパルス幅のパルス電圧の印加により前記ブリッジ回路を駆動させると共に前記ブリッジ回路の前記センサ出力に基づいてガスを検知する制御部と
を備えるガス検知装置であって、
前記制御部は、ガスの検知を判定するための閾値又は前記センサ出力を、外部温度とエアベース出力の変動量との関係に応じて設定された補正値を用いて、外部温度に応じて補正し、
前記補正値は、個体毎のエアベース比に応じて個体毎に設定されており、
前記エアベース比は、前記所定のパルス幅よりも長い仮想パルス幅のパルス電圧の印加により前記ブリッジ回路が駆動される仮想条件での前記仮想パルス幅の終端における仮想エアベース出力に対する前記所定のパルス幅の終端におけるエアベース出力の比率であるガス検知装置。

【請求項2】

前記仮想エアベース出力は、個体差にかかわらず前記仮想パルス幅の終端において収束する請求項１に記載のガス検知装置。

【請求項3】

前記補正値は、前記エアベース比に応じて個体毎に設定されたランク毎に設定されている請求項１又は２に記載のガス検知装置。

【請求項4】

前記補正値は、前記エアベース比に応じて個体毎に設定された外部温度とエアベース出力の変動量との関数の近似直線又は近似曲線に応じて設定されている請求項１又は２に記載のガス検知装置。

【請求項5】

前記制御部は、
装置起動後の所定のタイミングで前記エアベース比を算出する算出処理と、
前記補正値を、前記算出処理で算出した前記エアベース比に応じた値に更新する更新処理と
を実行する請求項１～４の何れか１項に記載のガス検知装置。

【請求項6】

検知素子と参照素子とを備え前記検知素子でのガスの燃焼によりセンサ出力が変化するブリッジ回路と、所定のパルス幅のパルス電圧の印加により前記ブリッジ回路を駆動させると共に前記ブリッジ回路の前記センサ出力に基づいてガスを検知する制御部とを備えるガス検知装置を用いてガスを検知する方法であって、
前記所定のパルス幅よりも長い仮想パルス幅のパルス電圧の印加により前記ブリッジ回路が駆動される仮想条件での前記仮想パルス幅の終端における仮想エアベース出力に対する前記所定のパルス幅の終端におけるエアベース出力の比率であるエアベース比を個体毎に取得し、
外部温度とエアベース出力の変動量との関係に応じた補正値を、取得した個体毎の前記エアベース比に応じて個体毎に設定し、
ガスの検知を判定するための閾値又は前記センサ出力を、設定した前記補正値を用いて、外部温度に応じて補正するガス検知方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガス検知装置及びガス検知方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ガス検知装置の周囲の温度や湿度に応じて補正値を算出し、算出した補正値を用いてセンサ出力を補正することにより、温度や湿度による影響を排除し、より高精度な検知を図った半導体式、電気化学式のガス検知装置が知られている（例えば、特許文献１～４参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－４５５４６号公報

【特許文献2】特開２０１７－６２１９５号公報

【特許文献3】特開２０１９－１２０６５５号公報

【特許文献4】特開２０１９－１４８４３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

検知素子と参照素子とを備えるブリッジ回路により構成される接触燃焼式（あるいは吸着燃焼式）のガス検知装置では、検知素子と参照素子とでヒーターを覆う膜の厚み（以下、膜厚という）に差が生じることにより、ブリッジ回路の平衡が崩れてセンサ出力にバラツキが生じる。この検知素子と参照素子との膜厚の差は、センサ出力の温度特性にもバラツキを生じさせる。

【0005】

ここで、ガス検知装置を駆動させるパルス電圧のパルス幅が長くなるほど、パルス幅の終端（パルス波形の立下がり時点）でのセンサ出力のバラツキやセンサ出力の温度特性のバラツキが抑えられる。しかしながら、ガス検知装置の低消費電力の要請に、パルス幅を狭めることで対応することが考えられる。この場合、パルス幅の終端でのセンサ出力のバラツキやセンサ出力の温度特性のバラツキが大きくなり、ガスの検知精度が低下する。

【0006】

本発明は、上記事情に鑑み、低消費電力化とガスの検知精度の向上とが可能なガス検知装置及びガス検知方法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】

【0007】

本発明のガス検知装置は、検知素子と参照素子とを備え、前記検知素子でのガスの燃焼によりセンサ出力が変化するブリッジ回路と、所定のパルス幅のパルス電圧の印加により前記ブリッジ回路を駆動させると共に前記ブリッジ回路の前記センサ出力に基づいてガスを検知する制御部とを備えるガス検知装置であって、前記制御部は、ガスの検知を判定するための閾値又は前記センサ出力を、外部温度とエアベース出力の変動量との関係に応じて設定された補正値を用いて、外部温度に応じて補正し、前記補正値は、個体毎のエアベース比に応じて個体毎に設定されており、前記エアベース比は、前記所定のパルス幅よりも長い仮想パルス幅のパルス電圧の印加により前記ブリッジ回路が駆動される仮想条件での前記仮想パルス幅の終端における仮想エアベース出力に対する前記所定のパルス幅の終端におけるエアベース出力の比率である。

【0008】

また、本発明のガス検知方法は、検知素子と参照素子とを備え前記検知素子でのガスの燃焼によりセンサ出力が変化するブリッジ回路と、所定のパルス幅のパルス電圧の印加により前記ブリッジ回路を駆動させると共に前記ブリッジ回路の前記センサ出力に基づいてガスを検知する制御部とを備えるガス検知装置を用いてガスを検知する方法であって、前記所定のパルス幅よりも長い仮想パルス幅のパルス電圧の印加により前記ブリッジ回路が駆動される仮想条件での前記仮想パルス幅の終端における仮想エアベース出力に対する前記所定のパルス幅の終端におけるエアベース出力の比率であるエアベース比を個体毎に取得し、外部温度とエアベース出力の変動量との関係に応じた補正値を、取得した個体毎の前記エアベース比に応じて個体毎に設定し、ガスの検知を判定するための閾値又は前記センサ出力を、設定した前記補正値を用いて、外部温度に応じて補正する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、低消費電力化とガスの検知精度の向上とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係るガス検知装置を示す部分断面図である。

【図2】図２は、検知素子及び参照素子を示す断面図である。

【図3】図３は、ブリッジ回路を示す回路図である。

【図4】図４は、接触燃焼式のガス検知装置のセンサ出力特性を示すグラフである。

【図5】図５は、ＭＣＵによるブリッジ回路の駆動パターンを示す波形図である。

【図6】図６は、本実施形態のガス検知装置の原理を説明するための図である。

【図7】図７は、パルス幅を５０ｍｓｅｃと１００ｍｓｅｃとに設定した場合のガス検知装置の駆動波形と応答波形とを示す図である。

【図8】図８は、本実施形態のガス検知装置の温度特性を示すグラフである。

【図9】図９は、エアベース比に応じた補正係数の設定方法について説明するためのグラフである。

【図10】図１０は、エアベース変動量を減少させる補正方法について説明するためのグラフである。

【図11】図１１は、一実施例の補正係数の設定方法について説明するためのグラフである。

【図12】図１２は、Ａランクのガス検知装置の温度補正を説明するためのグラフである。

【図13】図１３は、温度補正を実施しない場合の５０ｍｓｅｃの時点における温度特性を示すグラフである。

【図14】図１４は、温度補正を実施する場合の５０ｍｓｅｃの時点における温度特性を示すグラフである。

【図15】図１５は、温度補正を実施しない場合の１００ｍｓｅｃの時点における温度特性を示すグラフである。

【図16】図１６は、温度補正を実施する場合の１００ｍｓｅｃの時点における温度特性を示すグラフである。

【図17】図１７は、関数の一次式近似に基づいた温度補正式の設定方法を説明するためのグラフである。

【図18】図１８は、係数ａとエアベース比との関係を示すグラフ、及び、係数ｂとエアベース比との関係を示すグラフである。

【図19】図１９は、実施例の温度補正を実施した場合における温度特性を示すグラフである。

【図20】図２０は、関数の一次式近似に基づいた補正式の設定方法の他の実施例を説明するためのグラフである。

【図21】図２１は、関数の一次式近似に基づいた補正式の設定方法の他の実施例を説明するためのグラフである。

【図22】図２２は、係数ａとエアベース比との関係を示すグラフ、及び、係数ｂとエアベース比との関係を示すグラフである。

【図23】図２３は、実施例の温度補正を実施した場合における温度特性を示すグラフである。

【図24】図２４は、関数の多項式近似に基づいた補正式の設定方法を説明するためのグラフである。

【図25】図２５は、係数ａとエアベース比との関係、係数ｂとエアベース比との関係、及び係数ｃとエアベース比との関係を示すグラフである。

【図26】図２６は、実施例の温度補正を実施した場合における温度特性を示すグラフである。

【図27】図２７は、エアベース比に応じた補正係数を、ガス検知装置の設置後に更新する処理を説明するためのフローチャートである。

【図28】図２８は、エアベース比に応じた補正式を、ガス検知装置の設置後に更新する処理を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾点が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用される。

【0012】

図１は、本発明の一実施形態に係るガス検知装置１を示す部分断面図である。この図に示すように、本実施形態のガス検知装置１は、ベース部２と、複数のリード３と、マイクロチップ（図示省略）と、フィルタ４と、キャップ５とを備える。ベース部２の底面から複数のリード３が延出している。

【0013】

キャップ５は、ベース部２の上面を覆っており、このキャップ５内には、フィルタ４が充填されている。フィルタ４は、ベース部２の上に配置され活性白土で構成された第１層４Ａと、第１層４Ａ上に形成され白金（Ｐｔ）触媒で構成された第２層４Ｂと、第２層４Ｂ上に形成され活性白土で構成された第３層４Ｃとを備える。

【0014】

ベース部２の上面の中央部にマイクロチップが設けられている。マイクロチップは、検知素子２０（図２参照）と参照素子３０（図２参照）とを２辺とするブリッジ回路４０（図３参照）を備える接触燃焼式（又は吸着燃焼式）のガスセンサである。マイクロチップとしては、シリコンウエハ上に半導体製造プロセスや超微細加工を利用して形成されたダイアフラム構造や梁を持つＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ガスセンサを例示できる。なお、吸着燃焼式とは、パルス電圧がＯＦＦ又はＬＯＷ電圧の期間に検知対象のガス分子が検知素子２０の触媒に吸着し、パルス電圧がＯＮ又はＨＩＧＨ電圧になった時に当該ガス分子が検知素子２０の触媒上で燃焼しセンサ出力が得られるというガス検知方式である。

【0015】

検知素子２０は、マイクロチップ上にパターニングされたヒーター２１（図３参照）を備える。参照素子３０も、マイクロチップ上にパターニングされたヒーター３１（図３参照）を備える。ヒーター２１，３１としては、ダイアフラムタイプ、エアブリッジタイプ、カンチレバータイプ等のマイクロヒーターを例示できる。本実施形態のヒーター２１，３１の構造は、エアブリッジタイプのマイクロヒーターである。また、ヒーター２１，３１の材料としては白金等を例示できる。

【0016】

検知素子２０は、ヒーター２１を覆う検知部２２を備える。この検知部２２は、酸化反応に触媒活性を持つ物質で構成されている。検知部２２は、触媒と、触媒を担持する触媒担体とを備える。検知部２２の触媒の材料としては、白金、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）等の白金族系や、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）等のその他の金属を例示できる。また、検知部２２の触媒担体の材料としては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）等を例示できる。

【0017】

参照素子３０は、ヒーター３１を覆う参照部３２を備える（図２参照）。この参照部３２は、酸化反応に触媒活性を持たない物質で構成されている。参照部３２は、検知部２２の触媒担体と同様の材料で構成されている。

【0018】

図２は、検知素子２０及び参照素子３０を示す断面図である。この図に示すように、検知素子２０及び参照素子３０を備えるマイクロチップでは、ヒーター２１により数百度に加熱された検知部２２に検知対象の可燃性のガス分子が接触（又は吸着）すると、検知部２２上で接触燃焼反応（又は吸着燃焼反応）が起こり、その反応熱によりヒーター２１の温度が上昇して抵抗値が増大する。他方で、参照素子３０の参照部３２に可燃性のガス分子が接触（又は吸着）しても接触燃焼反応（又は吸着燃焼反応）は起きない。このようなガス検知装置１では、ヒーター２１の抵抗値の変化をブリッジ回路４０によりセンサ出力として取得して可燃性ガスを検知したり可燃性ガスの濃度を同定したりする。

【0019】

図３は、ブリッジ回路４０を示す回路図である。この図に示すように、ブリッジ回路４０は、一対の並列回路４０Ａ，４０Ｂと、電源４１とを備える。この一対の並列回路４０Ａ，４０Ｂは、電源４１の正極に接続された導線から分岐する。分岐した一対の並列回路４０Ａ，４０Ｂは、可変抵抗ＶＲを介して電源４１の負極に接続された導線に再結合する。一方の並列回路４０Ａにおいて、検知素子２０と、参照素子３０とが直列で接続されている。他方の並列回路４０Ｂにおいては、一対の固定抵抗Ｒ１，Ｒ２が直列で接続されている。本実施形態では、検知素子２０が電源４１の正極側に配され、参照素子３０が電源４１の負極側に配されている。

【0020】

電源４１としては、電池や商用電源等を例示できる。本実施形態では後述する低消費電力化の実現により、電源４１を小型の電池とすることが可能となっている。

【0021】

ブリッジ回路４０は、検知素子２０と参照素子３０との間に接続された端子４２と、固定抵抗Ｒ１と固定抵抗Ｒ２との間に接続された端子４３とを備え、端子４２と端子４３との電位差である出力電圧Ｖ_ｏｕｔをＭＣＵ（Micro Control Unit）５０に出力する。ＭＣＵ５０は、ブリッジ回路４０をパルス駆動させると共にブリッジ回路４０の出力電圧Ｖ_ｏｕｔに基づいて検出対象の可燃性ガスを検知する。また、後述するように、ＭＣＵ５０は、温度計測器としてのサーミスタ５１により計測されるガス検知装置１の周囲の温度（外部温度）に応じて、温度補正を実施する。

【0022】

図４は、接触燃焼式のガス検知装置１のセンサ出力特性を示すグラフである。このグラフに示すセンサ出力（Ｖ）は、増幅後の値である。このグラフに示すように、センサ出力（Ｖ）は、検知対象の可燃性ガスの濃度に比例して上昇する。

【0023】

図５は、ＭＣＵ５０によるブリッジ回路４０の駆動パターンを示す波形図である。この図に示すように、ＭＣＵ５０は、ブリッジ回路４０をパルス駆動する。本実施形態では、ブリッジ回路４０をパルス駆動する周期は３０ｓｅｃであり、パルス幅（ＯＮ時間）は５０ｍｓｅｃである。なお、ブリッジ回路４０のＯＮ／ＯＦＦ制御を実施することは必須ではなく、ブリッジ回路４０のＬＯＷ／ＨＩＧＨ制御（ＬＯＷ電圧とＨＩＧＨ電圧との切替制御）を実施するようにしてもよい。

【0024】

図６は、本実施形態のガス検知装置１の原理を説明するための図である。この図の左側上段に示すように、本実施形態では、パルス電圧のパルス幅を５０ｍｓｅｃに設定し、パルス周期を３０ｓｅｃに設定する。ここで、図中右側に示すように、検知素子２０の検知部２２と参照素子３０の参照部３２との膜厚に差が生じる場合と生じない場合とが想定される。具体的には、図中右側上段に示すように、検知部２２の膜厚が参照部３２の膜厚よりも小さくなる場合（以下、ケース１という）、図中右側中段に示すように、検知部２２の膜厚と参照部３２の膜厚とが等しくなる場合（以下、ケース２という）、図中右側下段に示すように、検知部２２の膜厚が参照部３２の膜厚よりも大きくなる場合（以下、ケース３という）とが想定される。

【0025】

そして、図中左側下段に示すように、検知部２２の膜厚と参照部３２の膜厚との関係により、ガス検知装置１の応答波形（出力Ｖ_ｏｕｔの波形）にバラツキが生じる。具体的には、ケース１の場合に最大のピーク出力が出現し、ケース２の場合には、ケース１の場合に比してピーク出力が低くなる。さらに、ケース１，２の場合には、パルスがＯＮになってから１０～３０ｍｓｅｃの間にピーク出力を示すのに対し、ケース３の場合には、パルスがＯＮになってから５０ｍｓｅｃの時点でピーク出力を示す。このケース３の場合におけるピーク出力は、ケース１，２の場合におけるピーク出力に比して低い。

【0026】

ここで、パルスがＯＮになってから５０ｍｓｅｃの時点（以下、５０ｍｓｅｃの時点という。実際のパルス幅の終端）におけるケース１～３の場合におけるセンサ出力にもバラツキが生じる。具体的には、５０ｍｓｅｃの時点でのセンサ出力は、ケース１が最も高く、ケース２が次に高く、ケース３が最も低くなる。即ち、５０ｍｓｅｃの時点では、ケース１、ケース２、ケース３のセンサ出力は収束しない。

【0027】

図７は、パルス幅を５０ｍｓｅｃと１００ｍｓｅｃとに設定した場合のガス検知装置１の駆動波形と応答波形とを示す図である。この図の応答波形の縦軸は、パルスがＯＮになってから１００ｍｓｅｃの時点（以下、１００ｍｓｅｃの時点という。仮想パルス幅の終端）でのセンサ出力に対する５０ｍｓｅｃの時点でのセンサ出力の比率（以下、エアベース比という）である。この図に示すように、１００ｍｓｅｃの時点では、ケース１～３のセンサ出力がいずれも１となり収束する。このように、ケース１～３のセンサ出力が収束する点を飽和点と称する。

【0028】

図８は、本実施形態のガス検知装置１の温度特性を示すグラフである。この図に示す縦軸の「エアベース変動量／ｍＶ」は、ガス検知装置１の周囲の温度が２０℃の場合におけるケース１～３のエアベース出力を基準としてその基準に対する差（以下、エアベース変動量という）を求めた値である。よって、ガス検知装置１の周囲の温度が２０℃の場合のエアベース変動量は常に０ｍＶである。なお、図中のＡランク、Ｂランク、Ｃランクについては後述する。

【0029】

本実施形態のガス検知装置１では、図６に示すように、検知部２２と参照部３２との膜厚の差により応答波形にバラツキが生じるのに加えて、図８に示すように、検知部２２と参照部３２との膜厚の差により周囲温度とエアベース変動量との関係（以下、温度特性と称する）にバラツキが生じる。

【0030】

ここで、本願の発明者等は、ガス検知装置１の温度特性がエアベース比に対して相関を示すこと、即ち、ガス検知装置１ではエアベース比に応じた温度特性が出現することを見出した。そこで、本実施形態では、予め、エアベース比に応じた温度特性を実験等により確認しておく。そして、ガス検知装置１のエアベース比を個体毎に取得し、取得したエアベース比に応じた補正係数や補正式を個体毎に設定することにより、温度の変動により生じるエアベース変動量の増大を抑制する。以下、エアベース比に応じた補正係数や補正式の設定方法について説明する。

【0031】

図９は、エアベース比に応じた補正係数の設定方法について説明するためのグラフである。この図では、５０ｍｓｅｃの時点におけるセンサ出力と１００ｍｓｅｃの時点（飽和点）におけるセンサ出力とを比較している。温度条件は統一されており、本実施例では２０℃である。この図に示すように、エアベース比は、ケース１が最も高く、ケース２が次に高く、ケース３が最も低くなる。例えば、図示するように、ケース１が１.０８、ケース２が１.０３、ケース３が０．９８となる。

【0032】

ここで、本実施例の補正係数の設定方法では、まず、所定温度（本実施例では２０℃）でのエアベース比により、ガス検知装置１を個体毎にランク分けする。そして、後述するように、ランク毎に補正係数を設定して温度補正を実施する。

【0033】

具体的には、所定温度でのエアベース比ＡＢＲが０．９５≦ＡＢＲ＜１の個体をＡランク、所定温度でのエアベース比ＡＢＲが１≦ＡＢＲ＜１.０５の個体をＢランク、所定温度でのエアベース比ＡＢＲが１.０５≦ＡＢＲ＜１.１の個体をＣランク、所定温度でのエアベース比ＡＢＲがα＜０．９５、α≧１.１の個体をランク外といった個体毎のランク分けを行う。なお、ここでの数値は一例であり、これらの数値に限定されるわけではない。

【0034】

図１０及び図１１は、エアベース変動量を減少させる補正方法について説明するためのグラフである。図１０のグラフには、Ａランクにランク分けされたガス検知装置１の温度特性、及びエアベース変動量を減少させる補正について示している。また、図１１のグラフには、Ｃランクにランク分けされたガス検知装置１の温度特性、及びエアベース変動量を減少させる補正について示している。

【0035】

図１０及び図１１に示すように、ランクＡのガス検知装置１とランクＣのガス検知装置１とは、共にエアベース変動量が減少するように補正される。ここで、ランクＡのガス検知装置１とランクＣのガス検知装置１とでは、補正前の温度特性が異なる。特に、ランクＡのガス検知装置１は、温度が低くなるほどエアベース変動量が負の方向に大きくなり、温度が高くなるほどエアベース変動量が正の方向に大きくなる。それに対して、ランクＣのガス検知装置１は、温度が低くなるほどエアベース変動量が正の方向に大きくなり、温度が高くなるほどエアベース変動量が負の方向に大きくなる。即ち、ランクＡのガス検知装置１とランクＣのガス検知装置１との温度特性は、相互に正負が反転した関係になることもある。

【0036】

そこで、本実施例の補正係数の設定方法では、ランク毎に補正係数を設定する。以下、この点について説明する。

【0037】

本実施例の設定方法で補正係数が設定されたガス検知装置１では、サーミスタ５１（図３参照）により計測されるガス検知装置１の周囲の温度に応じて異なる補正係数を用いて温度補正を実施する。そのために、ガス検知装置１の周囲の温度Ｔ_ｎと、個体毎のランクと、補正係数α_ｎ，β_ｎ，γ_ｎとの相関関係を予め実験により求める。そして、予めガス検知装置１を個体毎にエアベース比でランク分けし、ランクに対応する温度Ｔ_ｎと補正係数α_ｎ，β_ｎ，γ_ｎとの相関関係を示すテーブルを、個体毎にＭＣＵ５０のメモリに記憶させる。

【0038】

補正係数を設定するにあたり、まず、同一ランクにランク分けされた複数の個体のエアベース出力を、複数の温度条件（－１０℃，０℃，２０℃，３５℃，５０℃）で取得する。次に、取得した２０℃でのエアベース出力を１（比率＝１）に変換し、その他の温度条件でのエアベース出力を２０℃でのエアベース出力に対する比率（即ちエアベース比）に変換する。次に、複数の個体の各温度条件でのエアベース比の平均値を算出する。そして、算出したエアベース比の平均値の逆数を、各温度条件での補正係数α_ｎ，β_ｎ，γ_ｎとして算出する。

【0039】

Ａランクの個体の上記テーブルは、例えば、以下のようになる。
－１０≦Ｔ_１＜０℃ ・・・α_１
０≦Ｔ_２＜２０℃ ・・・α_２
２０≦Ｔ_３＜３５℃ ・・・α_３
３５≦Ｔ_４＜５０℃ ・・・α_４
５０≦Ｔ_５＜６０℃ ・・・α_５

【0040】

Ｂランクの上記テーブルは、例えば、以下のようになる。
－１０≦Ｔ_１＜０℃ ・・・β_１
０≦Ｔ_２＜２０℃ ・・・β_２
２０≦Ｔ_３＜３５℃ ・・・β_３
３５≦Ｔ_４＜５０℃ ・・・β_４
５０≦Ｔ_５＜６０℃ ・・・β_５

【0041】

Ｃランクの上記テーブルは、例えば、以下のようになる。
－１０≦Ｔ_１＜０℃ ・・・γ_１
０≦Ｔ_２＜２０℃ ・・・γ_２
２０≦Ｔ_３＜３５℃ ・・・γ_３
３５≦Ｔ_４＜５０℃ ・・・γ_４
５０≦Ｔ_５＜６０℃ ・・・γ_５

【0042】

図１２は、Ａランクのガス検知装置１の温度補正を説明するためのグラフである。このグラフに示すように、例えば、Ａランクのガス検知装置１においてサーミスタ５１（図３参照）により温度Ｔ_４が検出された場合に、センサ出力を補正係数α_４を用いて補正する。この際、下記（１）の温度補正式を用いる。
エアベース温度補正値＝センサ出力＊補正係数α_４ ・・・（１）
ここで、エアベース温度補正値は、ガス検知装置１の周囲の温度が２０℃のときのエアベース出力（ガスの濃度が０の場合のセンサ出力）に相当する。

【0043】

図１３は、温度補正を実施しない場合の５０ｍｓｅｃの時点における温度特性を示すグラフである。図１４は、温度補正を実施する場合の５０ｍｓｅｃの時点における温度特性を示すグラフである。図１３に示すように、温度補正を実施しない場合には、５０ｍｓｅｃの時点における温度特性のバラツキが大きくなる。それに対して、図１４に示すように、温度補正を実施する場合には、温度補正を実施しない場合に比して、５０ｍｓｅｃの時点における温度特性のバラツキが小さくなる。特に、ランク毎に温度補正式を変えて温度補正を実施することにより、精度の高い温度補正を実現できることを確認できる。

【0044】

図１５は、温度補正を実施しない場合の１００ｍｓｅｃの時点における温度特性を示すグラフである。図１３のグラフに示す温度補正を実施しない場合の５０ｍｓｅｃの時点における温度特性のバラツキと比較すると、図１５のグラフに示す温度補正を実施しない場合の１００ｍｓｅｃの時点における温度特性のバラツキが小さくなることを確認できる。

【0045】

図１６は、温度補正を実施する場合の１００ｍｓｅｃの時点における温度特性を示すグラフである。図１５のグラフに示す温度補正を実施しない場合の１００ｍｓｅｃの時点における温度特性と比較すると、図１６のグラフに示す温度補正を実施する場合の１００ｍｓｅｃの時点における温度特性のバラツキが小さくなることを確認できる。また、図１４のグラフに示す温度補正を実施する場合の５０ｍｓｅｃの時点における温度特性と比較すると、図１６のグラフに示す温度補正を実施する場合の１００ｍｓｅｃの時点における温度特性のバラツキが小さくなることを確認できる。

【0046】

ここで、本実施形態のガス検知装置１の温度補正は、ブリッジ回路４０からの出力Ｖ_ｏｕｔに対して直接行ってもよく、検知対象の可燃性ガスの有無を判断するための判定閾値に対して行ってもよい。あるいは、ブリッジ回路４０からの出力Ｖ_ｏｕｔに対して直接行うと共に、判定閾値に対しても行ってもよい。何れの場合でも検知対象の可燃性ガスの誤検知、検知漏れの発生を抑制できる。

【0047】

ブリッジ回路４０からの出力Ｖ_ｏｕｔに対して直接、温度補正を行う場合には、サーミスタ５１により計測された温度に対応する補正係数をセンサ出力に乗じる。検知対象の可燃性ガスが存在しない場合には、エアベース出力の温度補正をすることになり、検知対象の可燃性ガスが存在する場合には、検知部２２での接触燃焼反応（又は吸着燃焼反応）に応じたセンサ出力の温度補正をすることになる。

【0048】

他方で、判定閾値に対して温度補正を行う場合には、サーミスタ５１により計測された温度に対応する補正係数で判定閾値を除する。検知対象の可燃性ガスの存否にかかわらず、判定閾値を温度補正することになる。

【0049】

以下、補正式の設定方法について説明する。上述の補正係数の設定方法は、個体毎にランク分けをしたガス検知装置１に複数の温度区分に応じた補正係数を設定するというものであった。以下に説明する補正式の設定方法は、上述の補正係数の設定方法とは異なり、個体毎のランク分けは行わずに、ガス検知装置１に個体毎に関数の一次式近似や多項式近似に基づいた補正式を設定するというものである。

【0050】

図１７は、関数の一次式近似に基づいた補正式の設定方法を説明するためのグラフである。このグラフに示すように、本実施例においては、ｘ軸をガス検知装置１の周囲の温度、ｙ軸をエアベース変動量とする座標の（ｘ，ｙ）の点群データから下記（２）の１次関数の近似直線を求める。この近似直線は、エアベース比に応じて無限に存在する。
ｙ＝ａｘ＋ｂ ・・・（２）

【0051】

本実施例では、予め、多数のガス検知装置１のエアベース比を取得し、上記（２）式の係数ａ，ｂとエアベース比との関係を求める。図１８は、係数ａとエアベース比との関係を示すグラフ、及び、係数ｂとエアベース比との関係を示すグラフである。

【0052】

図１８の左側のグラフに示すように、本実施例においては、ｘ軸をエアベース比、ｙ軸を係数ａとする座標の（ｘ，ｙ）の点群データから下記（３）の１次関数の近似直線を求める。
ｙ＝ｄｘ＋ｅ ・・・（３）

【0053】

図１８の右側のグラフに示すように、本実施例においては、ｘ軸をエアベース比、ｙ軸を係数ｂとする座標の（ｘ，ｙ）の点群データから下記（４）の１次関数の近似直線を求める。
ｙ＝ｆｘ＋ｇ ・・・（４）

【0054】

本実施例では、ガス検知装置１の周囲の温度と、エアベース比と、上記（２）の１次関数の近似直線との相関関係を予め実験により求める。そして、予めガス検知装置１のエアベース比を個体毎に求め、エアベース比に対応する補正式を個体毎にＭＣＵ５０のメモリに記憶させる。補正式は、エアベース比に対応する上記（２）の１次関数の近似直線をｙ＝０に変換する式である。

【0055】

図１７のｙ＝０．１４８５ｘ－２．０２９６の１次関数の近似直線は、エアベース比が約０．９２の場合における温度特性を示している。また、図１７のｙ＝－０．０８１１ｘ＋１．０２８５の１次関数の近似直線は、エアベース比が約１．０７の場合における温度特性を示している。

【0056】

図１９は、本実施例の温度補正を実施した場合における温度特性を示すグラフである。図１７のグラフに示す温度補正を実施しない場合の温度特性と比較すると、図１９のグラフに示す温度補正を実施する場合の温度特性のバラツキが小さくなることを確認できる。

【0057】

図２０及び図２１は、関数の一次式近似に基づいた補正式の設定方法の他の実施例を説明するためのグラフである。図２０のグラフに示すように、本実施例においては、ｘ軸をガス検知装置１の周囲の温度、ｙ軸をエアベース変動量（ｍＶ）とする座標を、２０℃を境界として２０℃未満の区分１と２０℃以上の区分２とに左右に分割する。

【0058】

そして、図２１の左側のグラフに示すように、区分１の（ｘ，ｙ）の点群データから下記（５）の１次関数の近似直線を求め、図２１の右側のグラフに示すように、区分２の（ｘ，ｙ）の点群データから下記（６）の１次関数の近似直線を求める。これらの近似直線は、エアベース比に応じて無限に存在する。
ｙ＝ａｘ …（５）
ｙ＝ｂｘ …（６）

【0059】

本実施例では、予め、多数のガス検知装置１のエアベース比を取得し、上記（５），（６）式の係数ａ，ｂとエアベース比との関係を求める。図２２は、係数ａとエアベース比との関係を示すグラフ、及び、係数ｂとエアベース比との関係を示すグラフである。

【0060】

図２２の左側のグラフに示すように、本実施例においては、ｘ軸をエアベース比、ｙ軸を係数ａとする座標の（ｘ，ｙ）の点群データから下記（７）の１次関数の近似直線を求める。
ｙ＝ｄｘ＋ｅ ・・・（７）

【0061】

図２２の右側のグラフに示すように、本実施例においては、ｘ軸をエアベース比、ｙ軸を係数ｂとする座標の（ｘ，ｙ）の点群データから下記（８）の１次関数の近似直線を求める。
ｙ＝ｆｘ＋ｇ ・・・（８）

【0062】

本実施例では、ガス検知装置１の周囲の温度と、エアベース比と、上記（５），（６）の１次関数の近似直線との相関関係を予め実験により求める。そして、予めガス検知装置１のエアベース比を個体毎に求め、エアベース比に対応する補正係数を個体毎にＭＣＵ５０のメモリに記憶させる。補正係数は、エアベース比に対応する上記（５），（６）の１次関数の近似直線をｙ＝０に変換する式である。

【0063】

図２１のｙ＝０．０８０８ｘの１次関数の近似直線は、エアベース比が約０．９２の場合における温度特性を示している。また、図２１のｙ＝０．２１９５ｘの１次関数の近似直線は、エアベース比が約０．９２の場合における温度特性を示している。

【0064】

図２３は、本実施例の温度補正を実施した場合における温度特性を示すグラフである。図２０のグラフに示す温度補正を実施しない場合の温度特性と比較すると、図２３のグラフに示す温度補正を実施する場合の温度特性のバラツキが小さくなることを確認できる。

【0065】

図２４は、関数の多項式近似に基づいた補正式の設定方法を説明するためのグラフである。このグラフに示すように、本実施例においては、ｘ軸をガス検知装置１の周囲の温度、ｙ軸をエアベース変動量（ｍＶ）とする座標の（ｘ，ｙ）の点群データから下記（９）の２次関数の近似曲線を求める。この近似曲線は、エアベース比に応じて無限に存在する。
ｙ＝ａｘ^２＋ｂｘ＋ｃ ・・・（９）

【0066】

本実施例では、予め、多数のガス検知装置１のエアベース比を取得し、上記（９）式の係数ａ，ｂ，ｃとエアベース比との関係を求める。図２５は、係数ａとエアベース比との関係、係数ｂとエアベース比との関係、及び係数ｃとエアベース比との関係を示すグラフである。

【0067】

図２５の上段左側のグラフに示すように、本実施例においては、ｘ軸をエアベース比、ｙ軸を係数ａとする座標の（ｘ，ｙ）の点群データから下記（１０）の１次関数の近似直線を求める。
ｙ＝ｄｘ＋ｅ ・・・（１０）

【0068】

図２５の上段右側のグラフに示すように、本実施例においては、ｘ軸をエアベース比、ｙ軸を係数ｂとする座標の（ｘ，ｙ）の点群データから下記（１１）の１次関数の近似直線を求める。
ｙ＝ｆｘ＋ｇ ・・・（１１）

【0069】

図２５の下段のグラフに示すように、本実施例においては、ｘ軸をエアベース比、ｙ軸を係数ｃとする座標の（ｘ，ｙ）の点群データから下記（１２）の１次関数の近似直線を求める。
ｙ＝ｈｘ＋ｉ ・・・（１２）

【0070】

本実施例では、ガス検知装置１の周囲の温度と、エアベース比と、上記（９）の２次関数の近似曲線との相関関係を予め実験により求める。そして、予めガス検知装置１のエアベース比を個体毎に求め、エアベース比に対応する補正式を個体毎にＭＣＵ５０のメモリに記憶させる。補正式は、エアベース比に対応する上記（９）の２次関数の近似曲線をｙ＝０に変換する式である。

【0071】

図２４のｙ＝０．００２４ｘ^２＋０．０５４５ｘ－２．２７５５の２次関数の近似曲線は、エアベース比が約０．９２の場合における温度特性を示している。また、図２４のｙ＝－０．００１３ｘ^２－０．０２９７ｘ＋１．１６３１の２次関数の近似曲線は、エアベース比が約１．０７の場合における温度特性を示している。

【0072】

図２６は、本実施例の温度補正を実施した場合における温度特性を示すグラフである。図２４のグラフに示す温度補正を実施しない場合の温度特性と比較すると、図２６のグラフに示す温度補正を実施する場合の温度特性のバラツキが小さくなることを確認できる。

【0073】

以上説明したように、本実施形態に係るガス検知装置１及びガス検知方法によれば、ブリッジ回路４０をパルス駆動するパルスのＯＮ時間（パルス幅）を、例えば５０ｍｓｅｃのようにセンサ出力Ｖ_ｏｕｔが収束しないような狭幅にした場合でも、エアベース出力の温度特性のバラツキを抑制できる。従って、低消費電力化とガスの検知精度の向上とが可能となる。

【0074】

また、本実施形態では、ガス検知装置１ではエアベース比に応じた温度特性が出現するという新規の知見に基づいて、予めエアベース比に応じた温度特性を実験等により確認しておき、補正係数や補正式を設定する段階では、ガス検知装置１のエアベース比を個体毎に取得し、取得したエアベース比に応じた補正係数や補正式を個体毎に設定する。これにより、個体全数について温度特性を取得するような大きな工数をかけることなく、温度の変動により生じるエアベース変動量の増大を抑制することができる。従って、ガス検知装置１のエアベースの調整に要する工数を低減したうえで、ガスの高精度な検知を実現できる。

【0075】

ところで、上述したように、上記実施形態に係るガス検知装置１では、エアベース比に応じた補正係数や補正式が個体毎に設定されている。ここで、ガス検知装置１の市場での設置環境の影響により、検知素子２０や参照素子３０が被毒したり、検知素子２０や参照素子３０に水分が吸着したりする場合がある。この場合には、ガス検知装置１の温度特性が変化することが考えられる。そこで、以下の実施形態では、設置後に定期的にエアベース比を算出してエアベース比に応じた補正係数や補正式を更新する処理を実行する。以下、当該処理について説明する。

【0076】

図２７は、エアベース比に応じた補正係数を、ガス検知装置１の設置後に更新する処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートに示すように、ガス検知装置１が起動されるとステップＳ１～Ｓ８の更新ループ処理が実行される。このガス検知装置１は、エアベース比に応じた補正係数が初期に設定されている。

【0077】

ステップＳ１において、ＭＣＵ５０（図３参照）は、所定期間（例えば、２４時間や７日等）が経過したか否かを判定する。ステップＳ１において否定判定がされている間、ステップＳ１が繰り返され、ステップＳ１において肯定判定がされた場合にステップＳ２に移行する。

【0078】

ステップＳ２～Ｓ８において、ＭＣＵ５０は、エアベース比に応じた補正係数を更新する処理を行う。まず、ステップＳ２において、エアベース比を算出する。具体的には、１００ｍｓｅｃの時点でのセンサ出力と５０ｍｓｅｃの時点でのセンサ出力とを取得し、１００ｍｓｅｃの時点でのセンサ出力に対する５０ｍｓｅｃの時点でのセンサ出力の比率を算出する。

【0079】

次に、ステップＳ３において、ＭＣＵ５０は、ステップＳ２で算出されたエアベース比（ＡＢＲ）が９５％以上１００％未満であるか否かを判定する。ステップＳ３において肯定判定がされた場合には、ステップＳ６に移行し、ステップＳ３において否定判定がされた場合には、ステップＳ４に移行する。

【0080】

ステップＳ４において、ＭＣＵ５０は、ステップＳ２で算出されたエアベース比（ＡＢＲ）が１００％以上１０５％未満であるか否かを判定する。ステップＳ４において肯定判定がされた場合には、ステップＳ７に移行し、ステップＳ４において否定判定がされた場合には、ステップＳ５に移行する。

【0081】

ステップＳ５において、ＭＣＵ５０は、ステップＳ２で算出されたエアベース比（ＡＢＲ）が１０５％以上１１０％未満であるか否かを判定する。ステップＳ５において肯定判定がされた場合には、ステップＳ８に移行し、ステップＳ５において否定判定がされた場合には、ステップＳ９に移行する。

【0082】

ステップＳ６において、ＭＣＵ５０は、補正係数をＡランクの補正係数α_ｎに更新する。また、ステップＳ７において、ＭＣＵ５０は、補正係数をＢランクの補正係数β_ｎに更新する。また、ステップＳ８において、ＭＣＵ５０は、補正係数をＣランクの補正係数γ_ｎに更新する。さらに、ステップＳ９において、ＭＣＵ５０は、ガス検知装置１を故障と判定し判定結果を出力し、処理を終了する。

【0083】

以上説明したように、当該実施形態では、検知素子２０や参照素子３０の被毒等の状態に応じたエアベース比を定期的に算出し、その算出したエアベース比に応じて補正係数を更新する。これにより、ガス検知装置１の市場での設置環境の影響にかかわらず、温度の変動により生じるエアベース変動量の増大を抑制できる。

【0084】

図２８は、エアベース比に応じた補正式を、ガス検知装置１の設置後に更新する処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートに示すように、ガス検知装置１が起動されるとステップＳ１１～Ｓ１５の更新ループ処理が実行される。このガス検知装置１は、エアベース比に応じた補正式が初期に設定されている。この補正式は、エアベース比に対応する上記（２）の１次関数の近似曲線をｙ＝０に変換する式である。

【0085】

ステップＳ１１において、ＭＣＵ５０（図３参照）は、所定期間（例えば、２４時間や７日等）が経過したか否かを判定する。ステップＳ１１において否定判定がされている間は、ステップＳ１１が繰り返され、ステップＳ１１において肯定判定がされた場合にステップＳ１２に移行する。

【0086】

ステップＳ１２～Ｓ１６において、ＭＣＵ５０は、エアベース比に応じた補正式を更新する処理を行う。まず、ステップＳ１２において、エアベース比を算出する。次に、ステップＳ１３において、ＭＣＵ５０は、ステップＳ１２で算出されたエアベース比（ＡＢＲ）が９５％以上１１０％未満であるか否かを判定する。ステップＳ１３において肯定判定がされた場合には、ステップＳ１４に移行し、ステップＳ１３において否定判定がされた場合には、ステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６において、ＭＣＵ５０は、ガス検知装置１を故障と判定し判定結果を出力し、処理を終了する。

【0087】

ステップＳ１４において、ＭＣＵ５０は、ステップＳ１２で算出されたエアベース比に応じて上記（２）の１次関数の近似曲線を求め、求めた１次関数の近似曲線から補正式を決定する。ここで、上記（２）の１次関数の近似曲線のａ値は、上記（３）の１次関数の近似曲線から算出し、上記（２）の１次関数の近似曲線のｂ値は、上記（４）の１次関数の近似曲線から算出する。次にステップＳ１５において、ＭＣＵ５０は、補正式を、ステップＳ１４で決定された補正式に更新する。

【0088】

以上説明したように、当該実施形態では、検知素子２０や参照素子３０の被毒等の状態に応じたエアベース比を定期的に算出し、その算出したエアベース比に応じて補正式を更新する。これにより、ガス検知装置１の市場での設置環境の影響にかかわらず、温度の変動により生じるエアベース変動量の増大を抑制できる。

【0089】

以上、上記実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、適宜公知や周知の技術を組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0090】

１ ガス検知装置
２０ 検知素子
３０ 参照素子
４０ ブリッジ回路
５０ ＭＣＵ（制御部）
ＡＢＲ エアベース比
Ｇ ガス
Ｔ_ｎ 温度（外部温度）
Ｖ_ｏｕｔ センサ出力（出力電圧）
α_ｎ 補正係数（補正値）
β_ｎ 補正係数（補正値）
γ_ｎ 補正係数（補正値）

【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】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】