特開 2024-115599 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】P2024115599

(43)【公開日】2024-08-27

(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 20060101AFI20240820BHJP

   G01N 27/12 20060101ALI20240820BHJP

【ＦＩ】

G01N27/16 C

G01N27/12 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023021300

(22)【出願日】2023-02-15

(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】小澤 尚史

(72)【発明者】

【氏名】柴田 真紀子

(72)【発明者】

【氏名】宮城 敦子

(72)【発明者】

【氏名】高橋 英樹

(72)【発明者】

【氏名】松井 巧

【テーマコード（参考）】

2G046

2G060

【Ｆターム（参考）】

2G046AA19

2G046BA03

2G046BB02

2G046BE02

2G046DA05

2G046DD03

2G046FB02

2G046FE02

2G046FE03

2G046FE09

2G046FE11

2G046FE16

2G046FE25

2G046FE29

2G046FE31

2G046FE34

2G046FE35

2G046FE39

2G046FE44

2G060AA02

2G060AB17

2G060AE19

2G060AF07

2G060AG03

2G060BA03

2G060BB02

2G060BB15

2G060HA00

2G060HC06

2G060KA01

(57)【要約】

【課題】可変抵抗の調整によらずにエアベースを適切に調整できるガス検知装置及びガス検知方法を提供する。
【解決手段】ガス検知装置１は、可燃性ガスの燃焼により抵抗値が増加する検知素子２０と、検知素子２０と直列に接続され可燃性ガスに対して抵抗値が一定である参照素子３０と、検知素子２０と参照素子３０とにパルス電圧を印加する電源１１と、出力Ｖ_ｉｎ＋を発生するＤ／Ａ変換回路４０と、検知素子２０と参照素子３０との間の出力Ｖ_ｉｎ－と、Ｄ／Ａ変換回路４０により発生された出力Ｖ_ｉｎ＋との電位差を示す出力Ｖ_ｏｕｔを出力する差動増幅回路１２と、差動増幅回路１２から出力された出力Ｖ_ｏｕｔが示す電位差の減少に応じて、Ｄ／Ａ変換回路４０により発生される出力Ｖ_ｉｎ＋を調整し電位差を増加させるＭＣＵ５０とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

可燃性ガスの燃焼により抵抗値が増加する検知素子と、
前記検知素子と直列に接続され前記可燃性ガスに対して抵抗値が一定である参照素子と、
前記検知素子と前記参照素子とにパルス電圧を印加する電源と、
基準電位を発生する基準電位発生部と、
前記検知素子と前記参照素子との間の中点電位と、前記基準電位発生部により発生された前記基準電位との電位差を示す出力信号を出力する出力部と、
前記出力部から出力された前記出力信号が示す前記電位差の減少に応じて、前記基準電位発生部により発生される前記基準電位を調整し前記電位差を増加させる制御部と
を備えるガス検知装置。

【請求項2】

前記出力部から出力される前記出力信号はアナログ信号であり、
前記基準電位発生部は、前記制御部から出力され前記基準電位を示すデジタル信号をアナログ信号に変換して前記出力部に出力するＤ／Ａ変換回路であり、
前記制御部は、前記出力部から出力された前記出力信号が示す前記電位差の減少に応じて、前記デジタル信号が示す前記基準電位を調整し前記電位差を増加させる請求項１に記載のガス検知装置。

【請求項3】

前記検知素子及び前記参照素子と、前記検知素子及び前記参照素子と並列に接続された第１固定抵抗及び第２固定抵抗とを含むブリッジ回路を備え、
前記基準電位発生部は、前記第１固定抵抗と、並列に接続される複数の前記第２固定抵抗と、前記第１固定抵抗に接続される前記第２固定抵抗を切り替えるスイッチとを備え、前記第１固定抵抗と前記第２固定抵抗との間の中点電位を示す前記基準電位を発生し、
前記制御部は、前記出力部から出力された前記出力信号が示す前記電位差の減少に応じて、前記スイッチにより前記第１固定抵抗に接続される前記第２固定抵抗を切り替えて前記基準電位を調整し前記電位差を増加させる請求項１に記載のガス検知装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記出力部から出力された前記出力信号が示す前記電位差の所定の設定値からの減少量が閾値以上になった場合に、前記基準電位発生部により発生される前記基準電位を調整し前記電位差を増加させる請求項１～３の何れか１項に記載のガス検知装置。

【請求項5】

可燃性ガスの燃焼により抵抗値が増加する検知素子と、前記検知素子と直列に接続され前記可燃性ガスに対して抵抗値が一定である参照素子とを備え、前記検知素子と前記参照素子とにパルス電圧を印加し、前記検知素子と前記参照素子との間の中点電位と基準電位との電位差を示す出力信号を出力するガス検知装置を用いてガスを検知する方法であって、
前記出力信号が示す前記電位差の減少に応じて、前記基準電位を調整し前記電位差を増加させるガス検知方法。

【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】

メタン等の被検知ガスに感応し抵抗値が増加する検知素子と、環境の変化等、被検知ガスの燃焼以外の温度変化に基づく検知素子の抵抗値の変化を補正する補償素子と、一対の固定抵抗とがブリッジ回路に組み込まれた接触燃焼式ガスセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の接触燃焼式ガスセンサでは、検知素子への被毒物質の付着による感度低下の未然防止を目的として、貴金属触媒を担持する絶縁性酸化物担体の外側に金属酸化物粒子を主成分とする微粒子層を形成している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１８９５８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

接触燃焼式ガスセンサでは、検知素子への被毒物質の付着により検知素子の熱容量が増加し、検知素子の温度が低下する。それにより、検知素子の両端電圧が低下し、検知素子と補償素子（以下、参照素子という）との間の中点電位が上昇するため、基準電位と当該中点電位との電位差を示すセンサ出力が低下する。従って、接触燃焼式ガスセンサでは、検知素子への被毒物質の付着に起因するエアベース（ゼロ点、エア値、Ｖａ）の低下が問題となる。

【0005】

接触燃焼式ガスセンサでは、エアベースの下限閾値を設定し、エアベースが当該下限閾値まで低下した場合にセンサを故障と判定することでセンサとしての性能を保証することが想定される。しかしながら、検知素子及び参照素子の個体差によりエアベースにバラツキが生じる場合がある。そのため、初期のエアベースが相対的に低い個体は、相対的に早期に故障と判定される可能性がある。

【0006】

従って、従来の接触燃焼式ガスセンサでは、ブリッジ回路に組み込まれた可変抵抗を手動で調整してエアベースを所定値に設定することで、エアベースのバラツキによる影響を抑えている。しかしながら、可変抵抗の調整作業の工数と可変抵抗の部品コストとが問題となる。

【0007】

本発明は、上記事情に鑑み、可変抵抗の調整によらずにエアベースを適切に調整できる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】

【0008】

本発明のガス検知装置は、可燃性ガスの燃焼により抵抗値が増加する検知素子と、前記検知素子と直列に接続され前記可燃性ガスに対して抵抗値が一定である参照素子と、前記検知素子と前記参照素子とにパルス電圧を印加する電源と、基準電位を発生する基準電位発生部と、前記検知素子と前記参照素子との間の中点電位と、前記基準電位発生部により発生された前記基準電位との電位差を示す出力信号を出力する出力部と、前記出力部から出力された前記出力信号が示す前記電位差の減少に応じて、前記基準電位発生部により発生される前記基準電位を調整し前記電位差を増加させる制御部とを備える。

【0009】

また、本発明のガス検知方法は、可燃性ガスの燃焼により抵抗値が増加する検知素子と、前記検知素子と直列に接続され前記可燃性ガスに対して抵抗値が一定である参照素子とを備え、前記検知素子と前記参照素子とにパルス電圧を印加し、前記検知素子と前記参照素子との間の中点電位と基準電位との電位差を示す出力信号を出力するガス検知装置を用いてガスを検知する方法であって、前記出力信号が示す前記電位差の減少に応じて、前記基準電位を調整し前記電位差を増加させる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、可変抵抗の調整によらずにエアベースを適切に調整することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係るガス検知装置の構成を示す図である。

【図2】図２は、図１に示す検知素子及び参照素子を示す断面図である。

【図3】図３は、比較例の接触燃焼式ガスセンサの検出回路を示す図である。

【図4】図４は、比較例の接触燃焼式ガスセンサの出力特性を示すグラフである。

【図5】図５は、本実施形態のＭＣＵによるガス検知装置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接触燃焼式ガスセンサ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、図３に示す比較例の接触燃焼式ガスセンサの初期状態と被毒時の状態とを比較するための図である。

【図10】図１０は、図３に示す比較例の接触燃焼式ガスセンサで生じるエアベースのマイナスドリフトを説明するための図である。

【図11】図１１は、本実施形態のガス検知装置のエアベースの調整方法を説明するための図である。

【図12】図１２は、本発明の他の実施形態に係るガス検知装置の構成を示す図である。

【図13】図１３は、図１２に示すガス検知装置のエアベースの調整方法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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。

【0013】

図１は、本発明の一実施形態に係るガス検知装置１の構成を示す図である。この図に示すように、ガス検知装置１は、検出回路１０と、ＭＣＵ（Micro Control Unit）５０と、警報部６０とを備える。検出回路１０は、電源１１と、センサ部１０Ｃと、差動増幅回路（オペアンプの減算回路）１２と、Ｄ／Ａ変換回路４０とを備える。

【0014】

センサ部１０Ｃは、検知素子２０と参照素子３０と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。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】

センサ部１０Ｃは、マイクロチップとして構成されている。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。

【0016】

図２は、図１に示す検知素子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は、マイクロチップ上にパターニングされたヒーター２１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（Ｐｔ）等を例示できる。

【0017】

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、不図示の触媒と、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。

【0018】

参照素子３０は、ヒーター３１を覆う参照部３２を備える。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。

【0019】

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Ｇ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加する。他方で、参照素子３０の参照部３２に可燃性のガス分子Ｇが接触（又は吸着）しても接触燃焼反応（又は吸着燃焼反応）は起きずヒーター３１の抵抗値が変化しない。このようなガス検知装置１では、ヒーター２１の抵抗値の変化をセンサ出力（出力Ｖ_ｏｕｔ）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。

【0020】

図１に示すように、検出回路１０では、電源１１と、検知素子２０と、参照素子３０とが直列で接続されている。検知素子２０が電源１１の正極に接続され、参照素子３０が電源１１の負極に接続されている。電源１１としては、電池や商用電源等を例示できる。

【0021】

検出回路１０は、検知素子２０と参照素子３０との間に接続された出力端子１３と、Ｄ／Ａ変換回路４０の出力端子４１とを備える。検知素子２０と参照素子３０との間の中点電位が、出力端子１３から出力Ｖ_ｉｎ－として出力され、Ｄ／Ａ変換回路４０のＤＡ出力が、出力端子４１から出力Ｖ_ｉｎ＋として出力される。出力端子１３，４１は、差動増幅回路１２に接続されており、出力端子１３からの出力Ｖ_ｉｎ－と出力端子４１からの出力Ｖ_ｉｎ＋との差分（電位差）が、差動増幅回路１２で増幅されて出力Ｖ_ｏｕｔとしてＭＣＵ５０に出力される。なお、差動増幅回路１２に抵抗Ｒ_３，Ｒ_４を設けることは必須ではなく、Ｄ／Ａ変換回路４０のＤＡ出力をオペアンプの＋側に直接入力させてもよい。

【0022】

差動増幅回路１２の出力Ｖ_ｏｕｔは、下記（１）式により算出される。

【数1】

【0023】

ＭＣＵ５０は、Ｄ／Ａ変換回路４０に基準電位を示すデジタル信号を出力する。Ｄ／Ａ変換回路４０は、ＭＣＵ５０から出力されたデジタル信号をアナログ信号（出力Ｖ_ｉｎ＋）に変換して出力端子４１から差動増幅回路１２に出力する。また、ＭＣＵ５０は、検知素子２０及び参照素子３０にパルス電圧を印加することで検出回路１０を駆動すると共に、差動増幅回路１２の出力Ｖ_ｏｕｔに基づいて検知対象の可燃性ガスを検知し警報部６０を駆動する。さらに、ＭＣＵ５０は、ガス検知装置１のエアベース（新鮮とみなされる空気環境下での出力Ｖ_ｏｕｔであり、ゼロ点）の低下に応じて、Ｄ／Ａ変換回路４０のＤＡ出力（出力Ｖ_ｉｎ＋）を制御する。なお、ＭＣＵ５０によるガス検知装置１の駆動方法、ＭＣＵ５０による検知対象の可燃性ガスの検知方法、及びＭＣＵ５０によるＤ／Ａ変換回路４０のＤＡ出力の制御方法の詳細については後述する。

【0024】

図３は、比較例の接触燃焼式ガスセンサの検出回路１０００を示す図である。この図に示すように、比較例の接触燃焼式ガスセンサの検出回路１０００は、ブリッジ回路（ホイーストンブリッジ）として構成されており、互いに並列に接続された一対の経路１０００Ａ，１０００Ｂと、電源１１と、差動増幅回路１２とを備える。一対の経路１０００Ａ，１０００Ｂは、電源１１の正極に接続された導線から分岐する。分岐した一対の経路１０００Ａ，１０００Ｂは、電源１１の負極に接続された導線に再結合する。一方の経路１０００Ａには、センサ部１０Ｃが設けられている。他方の経路１０００Ｂにおいては、固定抵抗Ｒ_Ａと可変抵抗ＶＲと固定抵抗Ｒ_Ｂとが直列で接続されている。

【0025】

検出回路１０００は、検知素子２０と参照素子３０との間に接続された出力端子１００１と、固定抵抗Ｒ_Ａと固定抵抗Ｒ_Ｂとの間の可変抵抗ＶＲに接続された出力端子１００２とを備える。検知素子２０と参照素子３０との間の中点電位が、出力端子１００１から出力Ｖ_ｉｎ－として出力され、可変抵抗ＶＲと出力端子１００２との接続点の電位が、出力端子１００２から出力Ｖ_ｉｎ＋として出力される。出力端子１００１，１００２は、差動増幅回路１２に接続されており、出力端子１００１の出力Ｖ_ｉｎ－と出力端子１００２の出力Ｖ_ｉｎ＋との差分（電位差）が、差動増幅回路１２で増幅されて出力Ｖ_ｏｕｔとなる。

【0026】

図４は、比較例の接触燃焼式ガスセンサの出力特性を示すグラフである。このグラフに示す出力Ｖ_ｏｕｔは、差動増幅回路１２の出力値である。このグラフに示すように、出力Ｖ_ｏｕｔは、検知対象の可燃性ガスの濃度に比例して上昇する。例えば、検知対象の可燃性ガスの濃度が３０００ｐｐｍ以上の場合に警報を行う場合には、警報判定閾値を約２．１Ｖに設定すればよい。なお、図４には、検知対象の可燃性ガスの濃度が０ｐｐｍの場合に出力Ｖ_ｏｕｔが０Ｖになる例が示されているが、検知対象の可燃性ガスの濃度が０ｐｐｍの場合に出力Ｖ_ｏｕｔが０Ｖより高い電圧に設定される場合もある。

【0027】

図５は、本実施形態のＭＣＵ５０によるガス検知装置１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、検知素子２０及び参照素子３０にパルス電圧を印加する。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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の時点での出力Ｖ_ｏｕｔ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の出力Ｖ_ｏｕｔは収束しない。

【0031】

図７は、パルス幅を５０ｍｓｅｃと１００ｍｓｅｃとに設定した場合の接触燃焼式ガスセンサ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。）での出力Ｖ_ｏｕｔに対する５０ｍｓｅｃの時点での出力Ｖ_ｏｕｔ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の出力Ｖ_ｏｕｔが収束する。このように、ケース１～３の出力Ｖ_ｏｕｔが収束する点を飽和点と称する。

【0032】

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。

【0033】

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。それに加えて、本実施形態のガス検知装置１では、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。

【0034】

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している。

【0035】

しかしながら、検知素子２０の検知部２２への被毒物質の付着が生じた場合には、何ら対策を講じなければ、ガス検知装置１の出力Ｖ_ｏｕｔ（新鮮とみなされる空気環境下ではエアベース）が変動する。以下、この点について説明する。

【0036】

図９は、図３に示す比較例の接触燃焼式ガスセンサの初期状態と被毒時の状態とを比較するための図である。この図に示すように、検知素子２０の検知部２２への被毒物質の付着が生じた場合、何ら対策を講じなければ、出力Ｖ_ｏｕｔが低下する。具体的には、検知素子２０の検知部２２への被毒物質の付着が生じた場合、検知部２２の熱容量が初期状態に比して大きくなる。それに対して、検知素子２０及び参照素子３０に定電圧が印加される場合には、検知部２２の温度が初期状態に比して低くなり、ヒーター２１の抵抗値が初期状態に比して減少する。それにより、検知素子２０の両端電圧が初期状態に比して低くなり、検知素子２０と参照素子３０との間の中点電位（出力Ｖ_ｉｎ－）が初期状態に比して高くなる。従って、上記（１）式により算出される出力Ｖ_ｏｕｔが初期状態に比して低下する。

【0037】

図１０は、図３に示す比較例の接触燃焼式ガスセンサで生じるエアベースのマイナスドリフトを説明するための図である。この図に示すように、検知素子２０の検知部２２への被毒物質の付着が生じた場合、何ら対策を講じなければ、エアベースの低下（所謂マイナスドリフト）が生じる。

【0038】

比較例の接触燃焼式ガスセンサでは、警報判定閾値ΔＶ_Ａが設定されており、出力Ｖ_ｏｕｔがエアベースの設定値からΔＶ_Ａ（例えば、５ｍＶ）だけ上昇した場合に、警報が行われる。ここで、エアベースの設定値は、初期状態では初期値Ｖ_０であり、エアベースのマイナスドリフトに応じて更新され低下する。また、警報点Ｖ_Ａ（エアベースの設定値にΔＶ_Ａを加算した値）も、エアベースのマイナスドリフトに応じて更新され低下する。なお、本実施形態のガス検知装置１（図１参照）も同様に警報判定閾値ΔＶ_Ａが設定されており、同様に警報を行う。

【0039】

他方で、比較例の接触燃焼式ガスセンサでは、故障判定閾値Ｖ_Ｆが設定されており、出力Ｖ_ｏｕｔが故障判定閾値Ｖ_Ｆ以下に低下した場合に、センサの故障が検出される。ここで、可変抵抗ＶＲによるエアベースの調整を行わない場合には、検知素子２０の検知部２２と参照素子３０の参照部３２との膜厚についての個体差により、エアベースを示す出力Ｖ_ｏｕｔにバラツキが生じる。この個体差による出力Ｖ_ｏｕｔのバラツキにより、初期の出力Ｖ_ｏｕｔと故障判定閾値Ｖ_Ｆとの差が個体によって相違し、初期の出力Ｖ_ｏｕｔと故障判定閾値Ｖ_ｆとの差が小さい個体ほど、エアベースのマイナスドリフトの許容量が小さくなる。エアベースのマイナスドリフトの許容量が小さい個体は、相対的に早期に故障と判定されることになる。

【0040】

そのため、比較例の接触燃焼式ガスセンサでは、可変抵抗ＶＲの調整によりエアベースを指定範囲内に調整する作業を要する。可変抵抗ＶＲの調整は、ドライバーを使用して手動で行う必要があり、工数及び時間を要する。また、可変抵抗ＶＲの部品コストも要する。

【0041】

それに対して、図１に示す本実施形態のガス検知装置１では、Ｄ／Ａ変換回路４０のＤＡ出力（出力Ｖ_ｉｎ＋）の調整によりエアベースが調整される。そのため、可変抵抗ＶＲが不要となり、可変抵抗ＶＲの調整の工数及び時間が不要になり、可変抵抗ＶＲの部品コストも不要となる。以下、本実施形態のガス検知装置１のエアベースの調整方法について説明する。

【0042】

図１１は、本実施形態のガス検知装置１のエアベースの調整方法を説明するための図である。この図に示すように、本実施形態のガス検知装置１では、出力Ｖ_ｏｕｔの変動に応じてＤ／Ａ変換回路４０のＤＡ出力（出力Ｖ_ｉｎ＋）が切り替えられる。具体的には、出力Ｖ_ｏｕｔの切替閾値ΔＶ_Ｓが設定されており、出力Ｖ_ｏｕｔが初期値Ｖ_０からΔＶ_Ｓだけ低下すると、ＭＣＵ５０が、Ｄ／Ａ変換回路４０のＤＡ出力をΔＶ_Ｂだけ上昇させる。例えば、ＤＡ出力の初期値がＶ_Ｂ［Ｖ］（例えば、１．５Ｖ）の場合、出力Ｖ_ｏｕｔが初期値Ｖ_０からΔＶ_Ｓだけ低下すると、ＤＡ出力がＶ_Ｂ［Ｖ］からＶ_Ｂ＋ΔＶ_Ｂ［Ｖ］（例えば、１．５５Ｖ）に上昇する。

【0043】

切替閾値ΔＶ_Ｓは、初期値Ｖ_０と故障判定閾値Ｖ_Ｆとの差分より小さい値に設定されており、ＭＣＵ５０は、出力Ｖ_ｏｕｔが故障判定閾値Ｖ_Ｆまで低下する前に、Ｄ／Ａ変換回路４０の出力Ｖ_ｉｎ＋をΔＶ_Ｂだけ上昇させる。ΔＶ_Ｂは、出力Ｖ_ｏｕｔをΔＶ_Ｓだけ上昇させる値に設定されている。これにより、検知素子２０の検知部２２に被毒物質が付着し、出力Ｖ_ｏｕｔが初期値Ｖ_０から低下する場合には、以下の（１）～（３）からなるサイクルが繰り返される。
（１）出力Ｖ_ｏｕｔが初期値Ｖ_０からΔＶ_Ｓだけ低下する。
（２）Ｄ／Ａ変換回路４０の出力Ｖ_ｉｎ＋がΔＶ_Ｂだけ上昇する。
（３）出力Ｖ_ｏｕｔがＶ_０－ΔＶ_Ｓから初期値Ｖ_０まで上昇する。

【0044】

以上説明したように、本実施形態のガス検知装置１では、ＭＣＵ５０が、差動増幅回路１２から出力される出力Ｖ_ｏｕｔの低下に応じて、Ｄ／Ａ変換回路４０により発生される基準電位（出力Ｖ_ｉｎ＋）を調整し出力Ｖ_ｏｕｔを上昇させる。これにより、検知素子２０と参照素子３０との間の中点電位（出力Ｖ_ｉｎ-）と基準電位との電位差である出力Ｖ_ｏｕｔが、検知素子２０の検知部２２への被毒物質の付着に起因して低下することを、可変抵抗の調整によらずに抑制できる。従って、可変抵抗の調整によらずに初期から被毒時まで、ガス検知装置１のエアベースを適切な範囲に調整できる。

【0045】

また、本実施形態のガス検知装置１では、ＭＣＵ５０が、基準電位を示すデジタル信号を出力し、Ｄ／Ａ変換回路４０が、当該デジタル信号をアナログ信号に変換して差動増幅回路１２に出力する。ＭＣＵ５０は、差動増幅回路１２から出力されるアナログ信号が示す電位差の低下に応じて、デジタル信号が示す基準電位を調整し検知素子２０と参照素子３０との間の中点電位と基準電位との電位差を増加させる。これにより、図３に示す比較例の接触燃焼式ガスセンサが備えるブリッジ回路の固定抵抗Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂを要しない簡素な構成により、検知素子２０と参照素子３０との間の中点電位と基準電位との電位差を示す出力Ｖ_ｏｕｔを検出できる。また、検出される出力Ｖ_ｏｕｔを、可変抵抗の調整によらずに適切な範囲に調整できる。

【0046】

また、本実施形態のガス検知装置１では、ＭＣＵ５０が、差動増幅回路１２から出力される出力Ｖ_ｏｕｔの初期値Ｖ_０に対する低下量が切替閾値ΔＶ_Ｓになった場合に、Ｄ／Ａ変換回路４０により発生される基準電位（出力Ｖ_ｉｎ＋）を調整し出力Ｖ_ｏｕｔを初期値Ｖ_０まで増加させる。これにより、出力Ｖ_ｏｕｔが示す電位差（Ｖ_ｉｎ＋－Ｖ_ｉｎ－）を初期値Ｖ_０と所定の下限値（Ｖ_０－ΔＶ_Ｓ）との範囲に維持することができる。また、当該処理を複数回繰り返すことにより、出力Ｖ_ｏｕｔが示す電位差の調整範囲を、処理回数に応じた範囲に拡張できる。

【0047】

図１２は、本発明の他の実施形態に係るガス検知装置１００の構成を示す図である。この図に示すように、本実施形態のガス検知装置１００は、検出回路１１０と、ＭＣＵ１５０と、警報部６０とを備える。検出回路１１０は、ブリッジ回路として構成されており、並列回路の一方の経路１１０Ａと、当該並列回路の他方の経路１１０Ｂと、電源１１と、差動増幅回路１２とを備える。

【0048】

一対の経路１１０Ａ，１１０Ｂは、電源１１の正極に接続された導線から分岐する。分岐した一対の経路１１０Ａ，１１０Ｂは、電源１１の負極に接続された導線に再結合する。一方の経路１１０Ａに、センサ部１０Ｃが設けられている。本実施形態では、検知素子２０が電源１１の正極に接続され、参照素子３０が電源１１の負極に接続されている。他方の経路１１０Ｂにおいては、固定抵抗Ｒ_Ａと並列回路１１０Ｃとが直列で接続されている。本実施形態では、固定抵抗Ｒ_Ａが電源１１の正極に接続され、並列回路１１０Ｃが電源１１の負極に接続されている。

【0049】

検出回路１１０は、検知素子２０と参照素子３０との間に接続された出力端子１１１と、固定抵抗Ｒ_Ａと並列回路１１０Ｃとの接続点に接続された出力端子１１２とを備える。検知素子２０と参照素子３０との間の中点電位が、出力端子１１１から出力Ｖ_ｉｎ－として出力され、固定抵抗Ｒ_Ａと並列回路１１０Ｃとの間の中点電位が、出力端子１１２から出力Ｖ_ｉｎ＋として出力される。出力端子１１１，１１２は、差動増幅回路１２に接続されており、出力端子１１１の出力Ｖ_ｉｎ－と出力端子１１２の出力Ｖ_ｉｎ＋との差分（電位差）が、差動増幅回路１２で増幅されて出力Ｖ_ｏｕｔとなる。

【0050】

本実施形態では、他方の経路１１０Ｂに備えられた固定抵抗Ｒ_Ａ及び並列回路１１０Ｃが、基準電位を発生する基準電位発生部１４０として機能する。基準電位発生部１４０が備える並列回路１１０Ｃは、互いに並列に接続された固定抵抗Ｒ_Ｂ１，Ｒ_Ｂ２，Ｒ_Ｂ３と、スイッチＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３とを備える。固定抵抗Ｒ_Ｂ１は、スイッチＳ_１を介して固定抵抗Ｒ_Ａに接続され、固定抵抗Ｒ_Ｂ２は、スイッチＳ_２を介して固定抵抗Ｒ_Ａに接続され、固定抵抗Ｒ_Ｂ３は、スイッチＳ_３を介して固定抵抗Ｒ_Ａに接続されている。スイッチＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３としては、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）等の半導体スイッチを例示できる。スイッチＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３のＯＮ／ＯＦＦは、ＭＣＵ１５０により制御される。

【0051】

固定抵抗Ｒ_Ｂ１，Ｒ_Ｂ２，Ｒ_Ｂ３の抵抗値は互いに異なっており、固定抵抗Ｒ_Ａに接続される固定抵抗Ｒ_Ｂ１，Ｒ_Ｂ２，Ｒ_Ｂ３の抵抗値に応じて、出力Ｖ_ｉｎ＋が変化する。本実施形態のガス検知装置１００では、固定抵抗に接続される固定抵抗Ｒ_Ｂ１，Ｒ_Ｂ２，Ｒ_Ｂ３の切り替えによりエアベースが調整される。そのため、比較例の接触燃焼式ガスセンサとは異なり可変抵抗ＶＲを他方の経路１１０Ｂに設ける必要が無くなり、可変抵抗ＶＲの調整の工数及び時間が不要となり、可変抵抗ＶＲの部品コストも不要となる。以下、本実施形態のガス検知装置１００のエアベースの調整方法について説明する。

【0052】

図１３は、図１２に示すガス検知装置１００のエアベースの調整方法を説明するための図である。この図に示すように、本実施形態のガス検知装置１００では、出力Ｖ_ｏｕｔの変動に応じて固定抵抗Ｒ_Ａに接続される固定抵抗Ｒ_Ｂ１，Ｒ_Ｂ２，Ｒ_Ｂ３が切り替えられることにより出力Ｖ_ｏｕｔが調整される。具体的には、出力Ｖ_ｏｕｔの切替閾値ΔＶ_Ｓが設定されており、出力Ｖ_ｏｕｔが初期値Ｖ_０からΔＶ_Ｓだけ低下すると、ＭＣＵ１５０が、固定抵抗Ｒ_Ａに接続する固定抵抗Ｒ_Ｂ１，Ｒ_Ｂ２，Ｒ_Ｂ３を切り替えて出力端子１１２の出力Ｖ_ｉｎ＋をΔＶ_Ｂだけ上昇させる。例えば、固定抵抗Ｒ_Ｂ１が固定抵抗Ｒ_Ａに接続され、その時の出力Ｖ_ｉｎ＋がＶ_Ｂ［Ｖ］（例えば、１．５Ｖ）の場合、出力Ｖ_ｏｕｔが初期値Ｖ_０からΔＶ_Ｓだけ低下すると、固定抵抗Ｒ_Ａに接続される固定抵抗が固定抵抗Ｒ_Ｂ１から固定抵抗Ｒ_Ｂ２に切り替えられ、出力Ｖ_ｉｎ＋がＶ_Ｂ［Ｖ］からＶ_Ｂ＋ΔＶ_Ｂ［Ｖ］（例えば、１．５５Ｖ）に上昇する。

【0053】

切替閾値ΔＶ_Ｓは、初期値Ｖ_０と故障判定閾値Ｖ_Ｆとの差分より小さい値に設定されており、ＭＣＵ１５０は、出力Ｖ_ｏｕｔが故障判定閾値Ｖ_Ｆまで低下する前に、固定抵抗Ｒ_Ｂ１，Ｒ_Ｂ２，Ｒ_Ｂ３を切り替えて出力Ｖ_ｉｎ＋をΔＶ_Ｂだけ上昇させる。ΔＶ_Ｂは、出力Ｖ_ｏｕｔを切替閾値ΔＶ_Ｓだけ上昇させる値に設定されている。これにより、検知素子２０の検知部２２に被毒物質が付着し、出力Ｖ_ｏｕｔが初期値Ｖ_０から低下する場合には、以下の（１）～（３）からなるサイクルが繰り返される。
（１）出力Ｖ_ｏｕｔが初期値Ｖ_０からΔＶ_Ｓだけ低下する。
（２）固定抵抗Ｒ_Ｂ１，Ｒ_Ｂ２，Ｒ_Ｂ３が切り替えられ、出力Ｖ_ｉｎ＋がΔＶ_Ｂだけ上昇する。
（３）出力Ｖ_ｏｕｔがＶ_０－ΔＶ_Ｓから初期値Ｖ_０まで上昇する。

【0054】

以上説明したように、本実施形態のガス検知装置１００では、ＭＣＵ１５０が、差動増幅回路１２から出力される出力Ｖ_ｏｕｔの低下に応じて、基準電位発生部１４０により発生される基準電位（出力Ｖ_ｉｎ＋）を調整し出力Ｖ_ｏｕｔを上昇させる。これにより、検知素子２０と参照素子３０との間の中点電位（出力Ｖ_ｉｎ-）と基準電位との電位差を示す出力Ｖ_ｏｕｔが、検知素子２０の検知部２２への被毒物質の付着に起因して低下することを、可変抵抗の調整によらずに抑制できる。従って、可変抵抗の調整によらずに初期から被毒時まで、ガス検知装置１００のエアベースを適切な範囲に調整できる。

【0055】

また、本実施形態のガス検知装置１００では、ブリッジ回路である検出回路１１０の一方の経路１１０Ａには、検知素子２０及び参照素子３０が設けられ、当該検出回路１１０の他方の経路１１０Ｂには、固定抵抗Ｒ_Ａと並列回路１１０Ｃとが設けられている。並列回路１１０Ｃにおいては、互いに抵抗値が異なる複数の固定抵抗Ｒ_Ｂ１，Ｒ_Ｂ２，Ｒ_Ｂ３が並列に接続され、固定抵抗Ｒ_Ａに接続される固定抵抗Ｒ_Ｂ１，Ｒ_Ｂ２，Ｒ_Ｂ３がスイッチＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３により切り替えられる。

【0056】

ＭＣＵ１５０は、出力Ｖ_ｏｕｔの低下に応じて、スイッチＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３により固定抵抗Ｒ_Ａに接続される固定抵抗Ｒ_Ｂ１，Ｒ_Ｂ２，Ｒ_Ｂ３を切り替えることで基準電位を調整し出力Ｖ_ｏｕｔを上昇させる。これにより、ガス検知装置１００のエアベースを、可変抵抗の調整によらずに適切な範囲に調整できる。

【0057】

また、本実施形態のガス検知装置１００では、ＭＣＵ１５０が、差動増幅回路１２から出力される出力Ｖ_ｏｕｔの初期値Ｖ_０に対する低下量が切替閾値ΔＶ_Ｓになった場合に、基準電位発生部１４０により発生される基準電位を調整し出力Ｖ_ｏｕｔを初期値Ｖ_０まで増加させる。これにより、出力Ｖ_ｏｕｔが示す電位差を初期値Ｖ_０と所定の下限値（Ｖ_０－Ｖ_Ｓ）との範囲に維持することができる。また、当該処理を複数回繰り返すことにより、出力Ｖ_ｏｕｔの調整範囲を、処理回数に応じた範囲に拡張できる。

【0058】

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。

【0059】

例えば、上記実施形態では、検知素子２０と参照素子３０との間の中点電位を出力Ｖ_ｉｎーとして差動増幅回路１２に入力させ、基準電位を出力Ｖ_ｉｎ＋として差動増幅回路１２に入力させた。このため、検知素子２０の検知部２２への被毒物質の付着に起因する出力Ｖ_ｏｕｔの低下に応じて、基準電位（出力Ｖ_ｉｎ＋）を上昇させた。しかしながら、検知素子２０の検知部２２への被毒物質の付着に起因して低下した出力Ｖ_ｏｕｔを上昇させればよく、中点電位と基準電位との差分を検出する回路の構成に応じて、基準電位を上昇又は低下させればよい。

【0060】

また、図１２及び図１３に示す実施形態では、固定抵抗Ｒ_Ｂ１，Ｒ_Ｂ２，Ｒ_Ｂ３の抵抗値を互いに異ならせ、固定抵抗Ｒ_Ａに接続される固定抵抗Ｒ_Ｂ１，Ｒ_Ｂ２，Ｒ_Ｂ３の抵抗値に応じて、出力Ｖ_ｉｎ＋が変化するようにした。しかしながら、固定抵抗Ｒ_Ｂ１，Ｒ_Ｂ２，Ｒ_Ｂ３の抵抗値を等しくしてもよい。この場合、並列に接続された固定抵抗Ｒ_Ｂ１，Ｒ_Ｂ２，Ｒ_Ｂ３の接続数を変化させることにより、出力Ｖ_ｉｎ＋を変化させることができる。

【符号の説明】

【0061】

１ ガス検知装置
１１ 電源
１２ 差動増幅回路（出力部）
２０ 検知素子
３０ 参照素子
４０ Ｄ／Ａ変換回路（基準電位発生部）
５０ ＭＣＵ（制御部）
１００ ガス検知装置
１１０ 検出回路（ブリッジ回路）
１４０ 基準電位発生部
１５０ ＭＣＵ（制御部）
Ｒ_Ａ 固定抵抗（第１固定抵抗）
Ｒ_Ｂ１ 固定抵抗（第２固定抵抗）
Ｒ_Ｂ２ 固定抵抗（第２固定抵抗）
Ｒ_Ｂ３ 固定抵抗（第２固定抵抗）
Ｓ_１ スイッチ
Ｓ_２ スイッチ
Ｓ_３ スイッチ
Ｖ_ｉｎ＋ 出力（基準電位）
Ｖ_ｉｎー 出力（中点電位）
Ｖ_ｏｕｔ 出力（出力信号）
Ｖ_０ 初期値（所定の設定値）
ΔＶ_Ｓ 切替閾値（閾値）

【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】