特開 2024-127256 センサモジュール、制御装置、制御方法、および制御プログラム

(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】P2024127256

(43)【公開日】2024-09-20

(54)【発明の名称】センサモジュール、制御装置、制御方法、および制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/18 20060101AFI20240912BHJP

【ＦＩ】

G01N27/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023036285

(22)【出願日】2023-03-09

(71)【出願人】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】赤坂 俊輔

【テーマコード（参考）】

2G060

【Ｆターム（参考）】

2G060AA04

2G060AB02

2G060AB03

2G060AB04

2G060AB05

2G060AB09

2G060AE19

2G060AF07

2G060BA05

2G060BB02

2G060HB06

2G060HC10

2G060KA01

(57)【要約】

【課題】混合気体が存在する雰囲気中において測定対象の気体の濃度を精度高く測定する技術を提供する。
【解決手段】センサモジュール１，１Ａ，１Ｂは、供給された電力に応じて発熱する熱伝導式のマイクロヒータ１０と、マイクロヒータ１０と通信可能に構成された制御装置１００，１００Ａ，１００Ｂとを備える。制御装置１００，１００Ａ，１００Ｂは、第１電力が供給されたときのマイクロヒータ１０の第１温度に対応する第１検出値を検出し、第１電力よりも大きい第２電力が供給されたときのマイクロヒータ１０の第２温度に対応する第２検出値を検出し、第１検出値および第２検出値と、混合気体に含まれる複数種類の気体の各々の熱伝導率に関する熱伝導率データ１３０とに基づき、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を算出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を測定するセンサモジュールであって、
供給された電力に応じて発熱する熱伝導式のマイクロヒータと、
前記マイクロヒータと通信可能に構成された制御装置とを備え、
前記制御装置は、
第１電力が供給されたときの前記マイクロヒータの第１温度に対応する第１検出値を検出し、
前記第１電力よりも大きい第２電力が供給されたときの前記マイクロヒータの第２温度に対応する第２検出値を検出し、
前記第１検出値および前記第２検出値と、前記混合気体に含まれる複数種類の気体の各々の熱伝導率に関する熱伝導率データとに基づき、前記混合気体に含まれる前記少なくとも１種類の気体の濃度を算出する、センサモジュール。

【請求項2】

前記制御装置は、
前記熱伝導率データに基づき前記マイクロヒータに前記第１電力が供給されたときの前記複数種類の気体の各々の温度を取得し、取得した当該複数種類の気体の各々の温度と前記第１検出値に対応する前記第１温度とに基づき、前記少なくとも１種類の気体の濃度を算出するための第１式を生成し、
前記熱伝導率データに基づき前記マイクロヒータに前記第２電力が供給されたときの前記複数種類の気体の各々の温度を取得し、取得した当該複数種類の気体の各々の温度と前記第２検出値に対応する前記第２温度とに基づき、前記少なくとも１種類の気体の濃度を算出するための第２式を生成し、
前記第１式と前記第２式とに基づき、前記少なくとも１種類の気体の濃度を算出する、請求項１に記載のセンサモジュール。

【請求項3】

前記制御装置は、
前記第１検出値に対応する前記第１温度から前記マイクロヒータが配置された雰囲気中の温度を減算して第１温度差を算出し、
前記マイクロヒータに前記第１電力が供給されたときの前記複数種類の気体の各々の温度と前記第１温度差とに基づき、前記第１式を生成し、
前記第２検出値に対応する前記第２温度から前記雰囲気中の温度を減算して第２温度差を算出し、
前記マイクロヒータに前記第２電力が供給されたときの前記複数種類の気体の各々の温度と前記第２温度差とに基づき、前記第２式を生成する、請求項２に記載のセンサモジュール。

【請求項4】

前記第１温度差および前記第２温度差の少なくとも１つは、４００℃以上である、請求項３に記載のセンサモジュール。

【請求項5】

前記少なくとも１種類の気体は、水素を含む、請求項１または請求項２に記載のセンサモジュール。

【請求項6】

前記マイクロヒータが配置された雰囲気中の湿度を検出する湿度センサをさらに備え、
前記少なくとも１種類の気体は、二酸化炭素と、水蒸気とを含み、
前記制御装置は、前記少なくとも１種類の気体の濃度から前記マイクロヒータが配置された雰囲気中の湿度を減算して、前記二酸化炭素の濃度を算出する、請求項１または請求項２に記載のセンサモジュール。

【請求項7】

前記マイクロヒータは、絶縁層と、前記絶縁層上に設けられた金属酸化物と、前記金属酸化物上に設けられた白金とを含む、請求項１または請求項２に記載のセンサモジュール。

【請求項8】

前記金属酸化物は、酸化チタン、酸化クロム、五酸化タンタル、および酸素欠損した金属酸化物のうちの少なくとも１つを含む、請求項７に記載のセンサモジュール。

【請求項9】

混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を測定する制御装置であって、
供給された電力に応じて発熱する熱伝導式のマイクロヒータの温度に対応する検出値を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記検出値に基づき、前記混合気体に含まれる前記少なくとも１種類の気体の濃度を算出する算出部とを備え、
前記算出部は、
前記検出部によって検出された第１電力が供給されたときの前記マイクロヒータの第１温度に対応する第１検出値を取得し、
前記検出部によって検出された前記第１電力よりも大きい第２電力が供給されたときの前記マイクロヒータの第２温度に対応する第２検出値を取得し、
前記第１検出値および前記第２検出値と、前記混合気体に含まれる複数種類の気体の各々の熱伝導率に関する熱伝導率データとに基づき、前記混合気体に含まれる前記少なくとも１種類の気体の濃度を算出する、制御装置。

【請求項10】

混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を測定する制御装置を制御するための制御方法であって、
供給された電力に応じて発熱する熱伝導式のマイクロヒータに第１電力が供給されたときの前記マイクロヒータの第１温度に対応する第１検出値を検出するステップと、
前記マイクロヒータに前記第１電力よりも大きい第２電力が供給されたときの前記マイクロヒータの第２温度に対応する第２検出値を検出するステップと、
前記第１検出値および前記第２検出値と、前記混合気体に含まれる複数種類の気体の各々の熱伝導率に関する熱伝導率データとに基づき、前記混合気体に含まれる前記少なくとも１種類の気体の濃度を算出するステップとを含む、制御方法。

【請求項11】

混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を測定するための制御プログラムであって、
制御装置に、
供給された電力に応じて発熱する熱伝導式のマイクロヒータに第１電力が供給されたときの前記マイクロヒータの第１温度に対応する第１検出値を検出するステップと、
前記マイクロヒータに前記第１電力よりも大きい第２電力が供給されたときの前記マイクロヒータの第２温度に対応する第２検出値を検出するステップと、
前記第１検出値および前記第２検出値と、前記混合気体に含まれる複数種類の気体の各々の熱伝導率に関する熱伝導率データとに基づき、前記混合気体に含まれる前記少なくとも１種類の気体の濃度を算出するステップとを実行させる、制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を測定するセンサモジュール、制御装置、制御方法、および制御プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を測定するセンサが公知である。たとえば、特開２０１７－１７３１２６号公報（特許文献１）には、気体の熱伝導率を利用して気体の濃度を測定する熱伝導式のガスセンサが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１７３１２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特開２０１７－１７３１２６号公報に開示されたガスセンサによれば、雰囲気中に存在する測定対象の気体の熱伝導率に応じてガス検出部の温度が変化し、ガス検出部の温度を検出することで、気体の濃度を測定することができる。しかしながら、雰囲気中においては、測定対象の気体に限らず他の気体をも含む混合気体が存在し得る。混合気体に含まれる複数種類の気体の熱伝導率が互いに異なる場合、ガス検出部の温度は、測定対象の気体の熱伝導率に加えて混合気体に含まれる他の気体の熱伝導率からも影響を受ける。このため、特開２０１７－１７３１２６号公報に開示されたガスセンサは、混合気体が存在する雰囲気中において、測定対象の気体の濃度を精度高く測定することができないおそれがある。

【0005】

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、混合気体が存在する雰囲気中において測定対象の気体の濃度を精度高く測定する技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示のセンサモジュールは、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を測定するセンサモジュールである。センサモジュールは、供給された電力に応じて発熱する熱伝導式のマイクロヒータと、マイクロヒータと通信可能に構成された制御装置とを備える。制御装置は、第１電力が供給されたときのマイクロヒータの第１温度に対応する第１検出値を検出し、第１電力よりも大きい第２電力が供給されたときのマイクロヒータの第２温度に対応する第２検出値を検出し、第１検出値および第２検出値と、混合気体に含まれる複数種類の気体の各々の熱伝導率に関する熱伝導率データとに基づき、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を算出する。

【0007】

本開示の制御装置は、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を測定する制御装置である。制御装置は、供給された電力に応じて発熱する熱伝導式のマイクロヒータの温度に対応する検出値を検出する検出部と、検出部によって検出された検出値に基づき、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を算出する算出部とを備える。算出部は、検出部によって検出された第１電力が供給されたときのマイクロヒータの第１温度に対応する第１検出値を取得し、検出部によって検出された第１電力よりも大きい第２電力が供給されたときのマイクロヒータの第２温度に対応する第２検出値を取得し、第１検出値および第２検出値と、混合気体に含まれる複数種類の気体の各々の熱伝導率に関する熱伝導率データとに基づき、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を算出する。

【0008】

本開示の制御方法は、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を測定する制御装置を制御するための制御方法である。制御方法は、供給された電力に応じて発熱する熱伝導式のマイクロヒータに第１電力が供給されたときのマイクロヒータの第１温度に対応する第１検出値を検出するステップと、マイクロヒータに第１電力よりも大きい第２電力が供給されたときのマイクロヒータの第２温度に対応する第２検出値を検出するステップと、第１検出値および第２検出値と、混合気体に含まれる複数種類の気体の各々の熱伝導率に関する熱伝導率データとに基づき、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を算出するステップとを含む。

【0009】

本開示の制御プログラムは、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を測定するための制御プログラムである。制御プログラムは、制御装置に、供給された電力に応じて発熱する熱伝導式のマイクロヒータに第１電力が供給されたときのマイクロヒータの第１温度に対応する第１検出値を検出するステップと、マイクロヒータに第１電力よりも大きい第２電力が供給されたときのマイクロヒータの第２温度に対応する第２検出値を検出するステップと、第１検出値および第２検出値と、混合気体に含まれる複数種類の気体の各々の熱伝導率に関する熱伝導率データとに基づき、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を算出するステップとを実行させる。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、混合気体が存在する雰囲気中において測定対象の気体の濃度を精度高く測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施の形態１に係るセンサモジュールの構成を説明するための図である。

【図2】実施の形態１に係るマイクロヒータの構成を説明するための図である。

【図3】複数種類の気体の各々の熱伝導率の一例を示す図である。

【図4】複数種類の気体の各々における温度に対する熱伝導率の一例を示す図である。

【図5】混合気体に含まれる気体の種類に応じたヒータ電力に対するヒータ温度を示す図である。

【図6】混合気体に含まれる気体の種類に応じたヒータ電力に対するヒータ温度を示す図である。

【図7】混合気体に含まれる気体の種類に応じたヒータ電力に対するヒータ温度を示す図である。

【図8】比較例に係る制御装置によって測定された露点に対する水素濃度を示す図である。

【図9】実施の形態１に係る制御装置が濃度測定処理を実行するときに用いる連立方程式の一例を示す図である。

【図10】実施の形態１に係る制御装置が実行する濃度測定処理を示すフローチャートである。

【図11】実施の形態２に係るセンサモジュールおよび制御装置の構成を説明するための図である。

【図12】実施の形態２に係る制御装置の処理を示すフローチャートである。

【図13】実施の形態３に係るセンサモジュールおよび制御装置の構成を説明するための図である。

【図14】実施の形態３に係る制御装置の処理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】

【0012】

＜実施の形態１＞
本開示の実施の形態１について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0013】

［センサモジュールの構成］
図１～図４を参照しながら、実施の形態１に係るセンサモジュール１の構成を説明する。図１は、実施の形態１に係るセンサモジュール１の構成を説明するための図である。図１に示すように、実施の形態１に係るセンサモジュール１は、マイクロヒータ１０と、制御装置１００とを備える。

【0014】

マイクロヒータ１０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を利用して水素などの測定対象のガスを測定するチップ型のガスセンサである。図２は、実施の形態１に係るマイクロヒータ１０の構成を説明するための図である。図２に示すように、マイクロヒータ１０は、シリコン基板１１と、薄膜層１２と、少なくとも１つのセンサ部１３とを備える。

【0015】

薄膜層１２は、シリコン基板１１上に設けられ、たとえば、約２．４μｍの厚さを有する。薄膜層１２は、絶縁層１２１と、絶縁層１２１上に設けられた二酸化ケイ素からなる中間層１２２と、中間層１２２内に設けられた金属酸化物からなる少なくとも１つのヒータ部１２３と、中間層１２２上に設けられた絶縁層１２４とを含む。

【0016】

センサ部１３は、薄膜層１２の絶縁層１２４上に設けられ、金属酸化物と、金属酸化物上に設けられた白金とを含む。金属酸化物は、絶縁層１２４と白金との間のバリア膜として機能し、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化クロム（Ｃｒ２０３）、五酸化タンタル（Ｔａ２０５）、および酸素欠損した金属酸化物のうちの少なくとも１つを含む。

【0017】

上述のように構成された熱伝導式のマイクロヒータ１０においては、制御装置１００から供給された電力（以下、「ヒータ電力」とも称する。）に応じて薄膜層１２が発熱する。薄膜層１２の温度は、マイクロヒータ１０が配置された雰囲気中に存在する気体の熱伝導率に応じて変化する。

【0018】

ここで、図３および図４を参照しながら、複数種類の気体の各々の熱伝導率について説明する。水素、酸素、空気、窒素、水蒸気、および二酸化炭素は、熱伝導率が互いに異なる。図３は、複数種類の気体の各々の熱伝導率の一例を示す図である。図３に示すように、各気体が存在する雰囲気中の温度が０℃の場合、水素の熱伝導率が最も大きく、続いて、熱伝導率が高い順に、酸素、空気、および窒素が挙げられ、水蒸気および二酸化炭素の熱伝導率が最も小さい。なお、水蒸気および二酸化炭素の熱伝導率は同一または略同一である。空気は標準空気であり、たとえば、マイクロヒータ１０の出荷時における空気である。

【0019】

さらに、水素、酸素、空気、窒素、水蒸気、および二酸化炭素の各気体は、各気体が存在する雰囲気中の温度変化に応じて各気体の熱伝導率が変化する。図４は、複数種類の気体の各々における温度に対する熱伝導率の一例を示す図である。なお、図４に示すグラフにおいて、水素の熱伝導率は１／１０に換算されている。

【0020】

図４に示すように、雰囲気中の温度が２００Ｋ～８００Ｋの間で変化することに応じて、各気体の熱伝導率も変化する。具体的には、雰囲気中の温度が高くなるほど各気体の熱伝導率が高くなる。さらに、雰囲気中の温度が約６７３Ｋ（４００℃）未満である場合、空気の熱伝導率と、水蒸気および二酸化炭素の各々の熱伝導率との差が所定値（たとえば、０．００１Ｗ／ｍｋ）以上である一方、雰囲気中の温度が約６７３Ｋ（４００℃）以上である場合、空気の熱伝導率と、水蒸気および二酸化炭素の各々の熱伝導率との差が所定値（たとえば、０．００１Ｗ／ｍｋ）未満になり、空気の熱伝導率と、水蒸気および二酸化炭素の各々の熱伝導率とが同一または略同一になる。

【0021】

このように、マイクロヒータ１０が配置された雰囲気中に存在する気体の種類に応じて熱伝導率が異なるため、雰囲気中に存在する気体の種類（熱伝導率）に応じて、薄膜層１２の発熱量が異なる。たとえば、水素の熱伝導率は、空気、水蒸気、および二酸化炭素の各々の熱伝導率よりも大きい。このため、雰囲気中に存在する気体が水素の場合は、雰囲気中に存在する気体が空気、水蒸気、または二酸化炭素の場合よりも、薄膜層１２の熱が雰囲気中に逃げ易くなり、マイクロヒータ１０（薄膜層１２）の温度（以下、「ヒータ温度」とも称する。）が小さくなる。また、水蒸気および二酸化炭素の各々の熱伝導率は、水素および空気の各々の熱伝導率よりも小さい。このため、雰囲気中に存在する気体が水蒸気または二酸化炭素の場合は、雰囲気中に存在する気体が水素または空気の場合よりも、薄膜層１２の熱が雰囲気中に逃げ難くなり、ヒータ温度が大きくなる。

【0022】

すなわち、ヒータ温度は、マイクロヒータ１０が配置された雰囲気中に存在する気体の種類（熱伝導率）に応じて変化し、ヒータ温度に応じてセンサ部１３の白金の抵抗値が変化する。このような現象を利用して、制御装置１００は、検出値としてセンサ部１３の白金の抵抗値を取得し、取得した検出値に基づき、雰囲気中に存在する気体の濃度を測定することができる。なお、制御装置１００は、検出値として薄膜層１２のヒータ温度を直接的に検出してもよい。

【0023】

図１に戻り、制御装置１００は、マイクロヒータ１０から取得した検出値（センサ部１３の白金の抵抗値）に基づき雰囲気中に存在する気体の濃度を測定するように構成されている。具体的には、制御装置１００は、少なくとも、マイクロヒータ１０が配置された雰囲気中に存在する水素の濃度を測定する。制御装置１００は、たとえば、ノート型またはデスクトップ型のＰＣ、スマートフォン、タブレット端末、車載ＥＣＵ（Engine Control Unit）、または生産設備のＰＬＣ（Programmable Logic Controller）などの情報処理装置である。

【0024】

制御装置１００は、主な構成として、演算装置１０１と、メモリ１０２と、記憶装置１０３と、通信装置１０４と、ディスプレイインターフェース１０５と、周辺機器インターフェース１０６と、記憶媒体インターフェース１０７と、マイクロヒータインターフェース１０８とを備える。

【0025】

演算装置１０１は、各種のプログラムを実行することで、各種の処理を実行する演算主体（コンピュータ）であり、「算出部」の一例である。演算装置１０１は、たとえば、ＣＰＵ（central processing unit）またはＭＰＵ（Micro-processing unit）などのプロセッサで構成されている。なお、演算装置１０１の一例であるプロセッサは、プログラムを実行することによって各種の処理を実行する機能を有するが、これらの機能の一部または全部を、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などの専用のハードウェア回路を用いて実装してもよい。「プロセッサ」は、ＣＰＵまたはＭＰＵのようにストアードプログラム方式で処理を実行する狭義のプロセッサに限らず、ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡなどのハードワイヤード回路を含み得る。このため、演算装置１０１の一例である「プロセッサ」は、コンピュータ読み取り可能なコードおよび／またはハードワイヤード回路によって予め処理が定義されている、処理回路（processing circuitry）と読み替えることもできる。なお、演算装置１０１は、１チップで構成されてもよいし、複数のチップで構成されてもよい。さらに、演算装置１０１の一部の機能は、図示しないサーバ装置（たとえば、クラウド型のサーバ装置）に設けられてもよい。

【0026】

メモリ１０２は、演算装置１０１が各種のプログラムを実行するにあたって、プログラムコードやワークメモリなどを一時的に格納する揮発性の記憶領域（たとえば、ワーキングエリア）を含む。メモリ１０２の一例としては、ＤＲＡＭ（dynamic random access memory）およびＳＲＡＭ（static random access memory）などの揮発性メモリ、または、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびフラッシュメモリなどの不揮発性メモリが挙げられる。

【0027】

記憶装置１０３は、演算装置１０１が実行する各種のプログラムまたは各種のデータなどを記憶する。記憶装置１０３は、１または複数の非一時的コンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）であってもよいし、１または複数のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体（computer readable storage medium）であってもよい。記憶装置１０３の一例としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）およびＳＳＤ（Solid State Drive）などが挙げられる。実施の形態に係る制御装置１００において、記憶装置１０３は、制御プログラム１２０と、熱伝導率データ１３０とを記憶する。

【0028】

制御プログラム１２０は、演算装置１０１がマイクロヒータ１０から取得した検出値に基づき、少なくとも、雰囲気中に存在する水素の濃度を測定するための処理（以下、「濃度測定処理」とも称する。）が規定されている。熱伝導率データ１３０は、混合気体に含まれる複数種類の気体の各々の熱伝導率に関するデータであり、図４に示すような各気体における温度に対する熱伝導率を示すデータと、後述する図９に示すような各気体におけるヒータ電力に対するヒータ温度を示すデータとを含む。

【0029】

通信装置１０４は、有線通信または無線通信を介して、図示しない外部装置との間でデータを送受信する。

【0030】

ディスプレイインターフェース１０５は、ディスプレイ５１を接続するためのインターフェースである。ディスプレイインターフェース１０５は、制御装置１００とディスプレイ５１との間のデータの入出力を実現する。たとえば、ディスプレイインターフェース１０５は、演算装置１０１の制御に従って、各種の画像データをディスプレイ５１に出力する。ディスプレイ５１は、ディスプレイインターフェース１０５から取得した画像データを表示する。

【0031】

周辺機器インターフェース１０６は、キーボードまたはマウスなどの周辺機器６０を接続するためのインターフェースである。周辺機器インターフェース１０６は、制御装置１００と周辺機器６０との間のデータの入出力を実現する。たとえば、周辺機器インターフェース１０６は、周辺機器６０を用いてユーザが入力した制御プログラム１２０または熱伝導率データ１３０などの各種のデータを取得する。

【0032】

記憶媒体インターフェース１０７は、リムーバブルディスクまたはＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリなどの記憶媒体７０を接続するためのインターフェースである。記憶媒体インターフェース１０７は、記憶媒体７０に格納されたプログラムまたはデータなどの各種のデータを読み出したり、各種のデータを記憶媒体７０に書き出したりする。たとえば、記憶媒体インターフェース１０７は、記憶媒体７０に格納された制御プログラム１２０または熱伝導率データ１３０などの各種のデータを記憶媒体７０から読み出したり、記憶装置１０３に格納された制御プログラム１２０または熱伝導率データ１３０などの各種のデータを記憶媒体７０に書き出したりする。

【0033】

マイクロヒータインターフェース１０８は、マイクロヒータ１０を接続するためのインターフェースであり、「検出部」の一例である。マイクロヒータインターフェース１０８は、ヒータ温度に対応する検出値を検出して当該検出値を取得する。また、マイクロヒータインターフェース１０８は、演算装置１０１の制御に従って、マイクロヒータ１０にヒータ電力を供給する。なお、マイクロヒータインターフェース１０８は、マイクロヒータ１０から検出値を取得するためのインターフェースと、マイクロヒータ１０にヒータ電力を供給するためのインターフェースとで互いに異なる構成として分けられてもよい。

【0034】

［雰囲気中に混合気体が存在する場合のヒータ温度］
図５～図８を参照しながら、雰囲気中に混合気体が存在する場合のヒータ温度について説明する。上述したように、実施の形態１に係る制御装置１００は、マイクロヒータ１０から取得した検出値（ヒータ温度に対応するセンサ部１３の白金の抵抗値）に基づき、マイクロヒータ１０が配置された雰囲気中に存在する水素の濃度を測定するように構成されている。

【0035】

ところで、雰囲気中においては、水素のような１種類の気体に限らず、空気、水蒸気、および二酸化炭素などの複数種類の気体を含む混合気体が存在する。さらに、図３および図４で示したように、雰囲気中に存在する各気体の温度に対する熱伝導率は、互いに異なる。このため、マイクロヒータ１０が配置された雰囲気中に混合気体が存在する場合、マイクロヒータ１０のヒータ温度は、測定対象の水素の熱伝導率に加えて、混合気体に含まれる空気、水蒸気、および二酸化炭素などの他の気体の熱伝導率からも影響を受ける。したがって、制御装置１００がマイクロヒータ１０から取得する検出値も、測定対象の水素の熱伝導率に加えて、混合気体に含まれる空気、水蒸気、および二酸化炭素などの他の気体の熱伝導率からも影響を受ける。

【0036】

図５～図７を参照しながら、混合気体に含まれる気体の種類に応じてヒータ電力に対するヒータ温度が異なることについて説明する。図５～図７は、混合気体に含まれる気体の種類に応じたヒータ電力に対するヒータ温度を示す図である。

【0037】

図５に示すように、混合気体に含まれる気体が空気および水素の場合、混合気体に含まれる気体が空気のみの場合よりも、水素の熱伝導率の影響により薄膜層１２の熱が雰囲気中に逃げ易くなり、ヒータ電力に対するヒータ温度が小さくなる。さらに、図６に示すように、混合気体に含まれる水素の濃度が大きくなるほど、ヒータ電力に対するヒータ温度がより小さくなる。

【0038】

図５に戻り、混合気体に含まれる気体が空気、水素、水蒸気、および二酸化炭素の場合も、混合気体に含まれる気体が空気のみの場合よりも、水素の熱伝導率の影響により薄膜層１２の熱が雰囲気中に逃げ易くなり、ヒータ電力に対するヒータ温度が小さくなる。

【0039】

一方、混合気体に含まれる気体が空気、水蒸気、および二酸化炭素の場合（すなわち、水素を含まない場合）、混合気体に含まれる気体が空気のみの場合よりも、水蒸気および二酸化炭素の熱伝導率の影響により薄膜層１２の熱が雰囲気中に逃げ難くなり、ヒータ電力に対するヒータ温度が大きくなる。さらに、図７に示すように、混合気体に含まれる水蒸気および二酸化炭素の濃度が大きくなるほど、ヒータ電力に対するヒータ温度がより大きくなる。

【0040】

ここで、たとえば、比較例に係る制御装置が混合気体に含まれる各気体の濃度を考慮することなくヒータ温度に基づき水素濃度を算出した場合、混合気体が存在する雰囲気中において、水素濃度を精度高く測定することができないおそれがある。

【0041】

図８は、比較例に係る制御装置によって測定された露点に対する水素濃度を示す図である。図８に示すように、雰囲気中に存在する混合気体に含まれる水蒸気の濃度が大きくなると、雰囲気中の露点が大きくなる。混合気体に含まれる水素の濃度が０．５％で一定であるにも関わらず、雰囲気中に存在する混合気体に含まれる水蒸気の濃度が大きくなると、混合気体中の水蒸気の割合が増加することに影響されて、比較例に係る制御装置によって測定された水素濃度が減少する。しかしながら、実際には、混合気体に含まれる水素の濃度は、０．５％で一定である。このように、比較例に係る制御装置は、混合気体に含まれる水素以外の気体（この例では水蒸気）の濃度を考慮することなくヒータ温度に基づき水素濃度を算出するため、水素濃度を精度高く測定することができないおそれがある。

【0042】

そこで、実施の形態１に係る制御装置１００は、測定対象の水素に加えて、空気、水蒸気、および二酸化炭素などの他の気体を含む混合気体が存在する雰囲気中であっても、マイクロヒータ１０からの検出値に基づき、水素濃度を精度高く測定するように構成されている。

【0043】

［制御装置による濃度測定処理］
図９および図１０を参照しながら、制御装置１００が実行する濃度測定処理について説明する。図９は、実施の形態１に係る制御装置１００が濃度測定処理を実行するときに用いる連立方程式の一例を示す図である。図９に示す例においては、マイクロヒータ１０が配置された測定対象の雰囲気中に、空気、水素、水蒸気、および二酸化炭素の混合気体が存在する場合を想定する。

【0044】

制御装置１００は、測定対象の雰囲気中に配置されたマイクロヒータ１０に対して、ヒータ電力を可変しながら供給し、各ヒータ電力に対する検出値をマイクロヒータ１０から取得することで、図９の実線で示すようなヒータ電力に対するヒータ温度を示すデータを算出する。制御装置１００は、当該データに基づき、ヒータ電力Ｐ１のときのヒータ温度としてヒータ温度Ｔ１’を検出し、ヒータ電力Ｐ２のときのヒータ温度としてヒータ温度Ｔ２’を検出し、ヒータ電力Ｐ３のときのヒータ温度としてヒータ温度Ｔ３’を検出することができる。

【0045】

さらに、制御装置１００は、空気のみが存在する雰囲気中に配置されたマイクロヒータ１０に対してヒータ電力を可変しながら供給した場合のヒータ温度を示すデータを、熱伝導率データ１３０として記憶装置１０３に予め記憶している。また、制御装置１００は、空気および水素の混合気体が存在する雰囲気中に配置されたマイクロヒータ１０に対してヒータ電力を可変しながら供給した場合のヒータ温度を示すデータを、熱伝導率データ１３０として記憶装置１０３に予め記憶している。また、制御装置１００は、空気、水蒸気、および二酸化炭素の混合気体が存在する雰囲気中に配置されたマイクロヒータ１０に対してヒータ電力を可変しながら供給した場合のヒータ温度を示すデータを、熱伝導率データ１３０として記憶装置１０３に予め記憶している。

【0046】

このため、制御装置１００は、熱伝導率データ１３０に基づき、空気のみが存在する雰囲気中に配置されたマイクロヒータ１０について、ヒータ電力Ｐ１のときのヒータ温度としてヒータ温度Ｔ１を取得し、ヒータ電力Ｐ２のときのヒータ温度としてヒータ温度Ｔ２を取得し、ヒータ電力Ｐ３のときのヒータ温度としてヒータ温度Ｔ３を取得することができる。また、制御装置１００は、熱伝導率データ１３０に基づき、空気および水素の混合気体が存在する雰囲気中に配置されたマイクロヒータ１０について、ヒータ電力Ｐ１のときのヒータ温度としてヒータ温度Ｔ１Ｈを取得し、ヒータ電力Ｐ２のときのヒータ温度としてヒータ温度Ｔ２Ｈを取得し、ヒータ電力Ｐ３のときのヒータ温度としてヒータ温度Ｔ３Ｈを取得することができる。さらに、制御装置１００は、熱伝導率データ１３０に基づき、空気、水蒸気、および二酸化炭素の混合気体が存在する雰囲気中に配置されたマイクロヒータ１０について、ヒータ電力Ｐ１のときのヒータ温度としてヒータ温度Ｔ１Ｃを取得し、ヒータ電力Ｐ２のときのヒータ温度としてヒータ温度Ｔ２Ｃを取得し、ヒータ電力Ｐ３のときのヒータ温度としてヒータ温度Ｔ３Ｃを取得することができる。

【0047】

制御装置１００は、空気、水素、水蒸気、および二酸化炭素の混合気体が存在する雰囲気中に配置されたマイクロヒータ１０によって実際に測定されたヒータ電力（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）に対するヒータ温度（Ｔ１’，Ｔ２’，Ｔ３’）と、予め記憶していた空気および水素の混合気体におけるヒータ電力（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）に対するヒータ温度（Ｔ１Ｈ，Ｔ２Ｈ，Ｔ３Ｈ）と、予め記憶していた空気、水蒸気、および二酸化炭素の混合気体におけるヒータ電力（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）に対するヒータ温度（Ｔ１Ｃ，Ｔ２Ｃ，Ｔ３Ｃ）とを用いて、以下に示すような式（１）～（３）からなる連立方程式を生成する。

【0048】

【数1】

・・・（１）

【数2】

・・・（２）

【数3】

・・・（３）

【0049】

連立方程式（１）～（３）において、Ｔ１’は、測定対象の雰囲気中に配置されたマイクロヒータ１０にヒータ電力Ｐ１を供給したときのヒータ温度、Ｔ２’は、測定対象の雰囲気中に配置されたマイクロヒータ１０にヒータ電力Ｐ２を供給したときのヒータ温度、Ｔ３’は、測定対象の雰囲気中に配置されたマイクロヒータ１０にヒータ電力Ｐ３を供給したときのヒータ温度である。Ｔ１は、空気のみが存在する雰囲気中に配置されたマイクロヒータ１０にヒータ電力Ｐ１を供給したときのヒータ温度、Ｔ２は、空気のみが存在する雰囲気中に配置されたマイクロヒータ１０にヒータ電力Ｐ２を供給したときのヒータ温度、Ｔ３は、空気のみが存在する雰囲気中に配置されたマイクロヒータ１０にヒータ電力Ｐ３を供給したときのヒータ温度である。Ｔ１Ｈは、空気および水素の混合気体が存在する雰囲気中に配置されたマイクロヒータ１０にヒータ電力Ｐ１を供給したときのヒータ温度、Ｔ２Ｈは、空気および水素の混合気体が存在する雰囲気中に配置されたマイクロヒータ１０にヒータ電力Ｐ２を供給したときのヒータ温度、Ｔ３Ｈは、空気および水素の混合気体が存在する雰囲気中に配置されたマイクロヒータ１０にヒータ電力Ｐ３を供給したときのヒータ温度である。Ｔ１Ｃは、空気、水蒸気、および二酸化炭素の混合気体が存在する雰囲気中に配置されたマイクロヒータ１０にヒータ電力Ｐ１を供給したときのヒータ温度、Ｔ２Ｃは、空気、水蒸気、および二酸化炭素の混合気体が存在する雰囲気中に配置されたマイクロヒータ１０にヒータ電力Ｐ２を供給したときのヒータ温度、Ｔ３Ｃは、空気、水蒸気、および二酸化炭素の混合気体が存在する雰囲気中に配置されたマイクロヒータ１０にヒータ電力Ｐ３を供給したときのヒータ温度である。

【0050】

さらに、制御装置１００は、測定対象の雰囲気中に存在する混合気体の中に、空気、水素、水蒸気、および二酸化炭素の各々がどのような濃度で含まれるか分からないため、各気体の濃度をＸおよびＹなどの文字を用いて表す。たとえば、連立方程式（１）～（３）において、Ｘは、水素の濃度である。Ｙは、水蒸気の濃度および二酸化炭素の濃度の合算値である。１－Ｘ－Ｙは、空気の濃度である。

【0051】

制御装置１００は、連立方程式（１）～（３）を解くことによって、ＸおよびＹを算出することができる。これにより、制御装置１００は、測定対象の雰囲気中に存在する混合気体に含まれる水素濃度（Ｘ）と、水蒸気濃度および二酸化炭素濃度の合算値（Ｙ）とを、算出することができる。なお、水素濃度（Ｘ）と水蒸気濃度および二酸化炭素濃度の合算値（Ｙ）は、少なくとも２つの式を用いれば算出することができるため、制御装置１００は、式（１）～（３）のうち、少なくとも２つを用いて連立方程式を解けばよい。

【0052】

制御装置１００は、上述のように算出した水素濃度を、センサモジュール１が適用されるアプリケーションに応じて出力する。たとえば、制御装置１００は、ディスプレイインターフェース１０５を介して水素濃度を示す画像をディスプレイ５１に表示させたり、通信装置１０４を用いて水素濃度を示すデータを図示しない外部装置に送信したり、または、記憶媒体インターフェース１０７を介して水素濃度を示すデータを記憶媒体７０に記憶させたりしてもよい。さらに、制御装置１００は、算出した水素濃度に応じて図示しないアクチュエータを制御して動作させてもよい。

【0053】

図１０は、実施の形態１に係る制御装置１００が実行する濃度測定処理を示すフローチャートである。図１０に示すフローチャートは、制御装置１００の演算装置１０１が制御プログラム１２０に従って実行する濃度測定処理のステップを規定する。なお、図１０において、「Ｓ」は「ＳＴＥＰ」の略称として用いられる。

【0054】

図１０に示すように、制御装置１００は、マイクロヒータ１０にヒータ電力Ｐ１を供給したときのヒータ温度Ｔ１’を検出する（Ｓ１）。制御装置１００は、熱伝導率データ１３０に基づき、ヒータ電力Ｐ１のときのヒータ温度Ｔ１（空気のみが存在する雰囲気中のヒータ温度）、ヒータ電力Ｐ１のときのヒータ温度Ｔ１Ｈ（空気および水素の混合気体が存在する雰囲気中のヒータ温度）、ヒータ電力Ｐ１のときのヒータ温度Ｔ１Ｃ（空気、水蒸気、および二酸化炭素の混合気体が存在する雰囲気中のヒータ温度）を取得する（Ｓ２）。

【0055】

制御装置１００は、マイクロヒータ１０にヒータ電力Ｐ２を供給したときのヒータ温度Ｔ２’を検出する（Ｓ３）。制御装置１００は、熱伝導率データ１３０に基づき、ヒータ電力Ｐ２のときのヒータ温度Ｔ２（空気のみが存在する雰囲気中のヒータ温度）、ヒータ電力Ｐ２のときのヒータ温度Ｔ２Ｈ（空気および水素の混合気体が存在する雰囲気中のヒータ温度）、ヒータ電力Ｐ２のときのヒータ温度Ｔ２Ｃ（空気、水蒸気、および二酸化炭素の混合気体が存在する雰囲気中のヒータ温度）を取得する（Ｓ４）。

【0056】

制御装置１００は、マイクロヒータ１０にヒータ電力Ｐ３を供給したときのヒータ温度Ｔ３’を検出する（Ｓ５）。制御装置１００は、熱伝導率データ１３０に基づき、ヒータ電力Ｐ３のときのヒータ温度Ｔ３（空気のみが存在する雰囲気中のヒータ温度）、ヒータ電力Ｐ３のときのヒータ温度Ｔ３Ｈ（空気および水素の混合気体が存在する雰囲気中のヒータ温度）、ヒータ電力Ｐ３のときのヒータ温度Ｔ３Ｃ（空気、水蒸気、および二酸化炭素の混合気体が存在する雰囲気中のヒータ温度）を取得する（Ｓ６）。

【0057】

このような処理を繰り返して、制御装置１００は、マイクロヒータ１０にヒータ電力Ｐｎを供給したときのヒータ温度Ｔｎ’を検出する（Ｓ７）。制御装置１００は、熱伝導率データ１３０に基づき、ヒータ電力Ｐｎのときのヒータ温度Ｔｎ（空気のみが存在する雰囲気中のヒータ温度）、ヒータ電力Ｐｎのときのヒータ温度ＴｎＨ（空気および水素の混合気体が存在する雰囲気中のヒータ温度）、ヒータ電力Ｐｎのときのヒータ温度ＴｎＣ（空気、水蒸気、および二酸化炭素の混合気体が存在する雰囲気中のヒータ温度）を取得する（Ｓ８）。

【0058】

制御装置１００は、図９に示した式（１）～（３）のように、ヒータ温度Ｔｋ’、ヒータ温度Ｔｋ、ヒータ温度ＴｋＨ、およびヒータ温度ＴｋＣを用いて、式ｋ（ｋ＝１～ｎ）を生成する（Ｓ９）。すなわち、制御装置１００は、図９に示した式（１）～（３）のように、少なくとも２つ以上の式を生成することで、水素濃度（Ｘ）と、水蒸気濃度および二酸化炭素濃度の合算値（Ｙ）とを算出するための連立方程式を生成する。ヒータ温度Ｔｋ’、ヒータ温度Ｔｋ、ヒータ温度ＴｋＨ、およびヒータ温度ＴｋＣを用いた場合の式（４）は以下のようになる。なお、式（４）において、ｋは１～ｎの自然数である。たとえば、ｋ＝１の場合、式（４）は式（１）で表され、ｋ＝２の場合、式（４）は式（２）で表される。

【0059】

【数4】

・・・（４）

【0060】

制御装置１００は、連立方程式を解いて、水素濃度（Ｘ）と、水蒸気濃度および二酸化炭素濃度の合算値（Ｙ）とを算出する（Ｓ１０）。その後、制御装置１００は、本処理を終了する。

【0061】

このように、実施の形態１に係るセンサモジュール１において、制御装置１００は、ヒータ電力Ｐｋが供給されたときのヒータ温度Ｔｋ’を検出し、ヒータ電力Ｐｋよりも大きいヒータ電力Ｐｋ＋１が供給されたときのヒータ温度Ｔｋ＋１’を検出し、ヒータ温度Ｔｋ’およびヒータ温度Ｔｋ＋１’と、熱伝導率データ１３０とに基づき、混合気体に含まれる水素濃度（Ｘ）と、水蒸気濃度および二酸化炭素濃度の合算値（Ｙ）とを算出する。

【0062】

たとえば、制御装置１００は、熱伝導率データ１３０に基づきヒータ電力Ｐ１が供給されたときのヒータ温度Ｔ１（空気のみが存在する雰囲気中のヒータ温度）、ヒータ温度Ｔ１Ｈ（空気および水素の混合気体が存在する雰囲気中のヒータ温度）、ヒータ温度Ｔ１Ｃ（空気、水蒸気、および二酸化炭素の混合気体が存在する雰囲気中のヒータ温度）を取得し、ヒータ温度Ｔ１、ヒータ温度Ｔ１Ｈ、およびヒータ温度Ｔ１Ｃと、ヒータ温度Ｔ１’とに基づき、図９に示す式（１）を生成する。また、制御装置１００は、熱伝導率データ１３０に基づきヒータ電力Ｐ２が供給されたときのヒータ温度Ｔ２（空気のみが存在する雰囲気中のヒータ温度）、ヒータ温度Ｔ２Ｈ（空気および水素の混合気体が存在する雰囲気中のヒータ温度）、ヒータ温度Ｔ２Ｃ（空気、水蒸気、および二酸化炭素の混合気体が存在する雰囲気中のヒータ温度）を取得し、ヒータ温度Ｔ２、ヒータ温度Ｔ２Ｈ、およびヒータ温度Ｔ２Ｃと、ヒータ温度Ｔ２’とに基づき、図９に示す式（２）を生成する。制御装置１００は、式（１）と式（２）とからなる連立方程式を解くことで、混合気体に含まれる水素濃度（Ｘ）と、水蒸気濃度および二酸化炭素濃度の合算値（Ｙ）とを算出する。

【0063】

これにより、制御装置１００は、測定対象の水素に加えて、空気、水蒸気、および二酸化炭素などの他の気体を含む混合気体が存在する雰囲気中であっても、マイクロヒータ１０からの検出値に基づき、水素濃度（Ｘ）を精度高く測定することができる。

【0064】

なお、制御装置１００は、式（４）においてｋ＝１～ｎの自然数を適用した式のうちから、２つ以上の式を用いて連立方程式を生成すればよい。また、制御装置１００は、複数の式におけるヒータ温度Ｔｋ’、ヒータ温度Ｔｋ、ヒータ温度ＴｋＨ、およびヒータ温度ＴｋＣの各々を平均化した値を用いて１つの式を生成してもよい。たとえば、制御装置１００は、ヒータ温度Ｔ１’とヒータ温度Ｔ２’との平均値、ヒータ温度Ｔ１とヒータ温度Ｔ２との平均値、ヒータ温度Ｔ１Ｈとヒータ温度Ｔ２Ｈとの平均値、およびヒータ温度Ｔ１Ｃとヒータ温度Ｔ２Ｃとの平均値を、式（４）に適用することで、１つの式を生成してもよい。

【0065】

＜実施の形態２＞
以上、実施の形態１に係るセンサモジュール１および制御装置１００について説明したが、センサモジュール１および制御装置１００は、他の構成および機能を備えてもよい。図１１および図１２を参照しながら、実施の形態２に係るセンサモジュール１Ａおよび制御装置１００Ａについて説明する。なお、実施の形態２に係るセンサモジュール１Ａおよび制御装置１００Ａのそれぞれについては、実施の形態１に係るセンサモジュール１および制御装置１００と異なる構成および機能のみを説明する。

【0066】

図１１は、実施の形態２に係るセンサモジュール１Ａおよび制御装置１００Ａの構成を説明するための図である。センサモジュール１Ａは、マイクロヒータ１０が配置された雰囲気中の雰囲気温度（たとえば、室内温度）を測定する温度センサ２０をさらに備える。制御装置１００Ａは、温度センサ２０が測定した雰囲気温度を取得する温度センサインターフェース１０９をさらに備える。

【0067】

図１２は、実施の形態２に係る制御装置１００Ａの処理を示すフローチャートである。図１２に示すフローチャートは、制御装置１００Ａの演算装置１０１が制御プログラム１２０に従って実行する濃度測定処理のステップを規定する。なお、図１２において、「Ｓ」は「ＳＴＥＰ」の略称として用いられる。

【0068】

図１２に示すように、制御装置１００Ａは、Ｓ１においてマイクロヒータ１０にヒータ電力Ｐ１を供給したときのヒータ温度Ｔ１’を検出した後、検出したヒータ温度Ｔ１’から温度センサ２０によって測定された雰囲気温度を減算して温度差ｄＴ１’を算出する（Ｓ１Ａ）。制御装置１００Ａは、Ｓ３においてマイクロヒータ１０にヒータ電力Ｐ２を供給したときのヒータ温度Ｔ２’を検出した後、検出したヒータ温度Ｔ２’から温度センサ２０によって測定された雰囲気温度を減算して温度差ｄＴ２’を算出する（Ｓ２Ａ）。制御装置１００Ａは、Ｓ５においてマイクロヒータ１０にヒータ電力Ｐ３を供給したときのヒータ温度Ｔ３’を検出した後、検出したヒータ温度Ｔ３’から温度センサ２０によって測定された雰囲気温度を減算して温度差ｄＴ３’を算出する（Ｓ３Ａ）。

【0069】

このような処理を繰り返して、制御装置１００Ａは、マイクロヒータ１０にヒータ電力Ｐｎを供給したときのヒータ温度Ｔｎ’を検出した後、検出したヒータ温度Ｔｎ’から温度センサ２０によって測定された雰囲気温度を減算して温度差ｄＴｎ’を算出する（Ｓ４Ａ）。

【0070】

制御装置１００Ａは、式（４）において、ヒータ温度Ｔｋ’の代わりに温度差ｄＴｋ’を用いて、式ｋ（ｋ＝１～ｎ）を生成する（Ｓ９）。すなわち、制御装置１００Ａは、ヒータ温度Ｔｋ’の代わりに温度差ｄＴｋ’を用いて、少なくとも２つ以上の式を生成することで、水素濃度（Ｘ）と、水蒸気濃度および二酸化炭素濃度の合算値（Ｙ）とを算出するための連立方程式を生成する。なお、ヒータ温度Ｔｋ’の代わりに温度差ｄＴｋ’を用いた場合の式（５）は以下のようになる。なお、式（５）において、ｋは１～ｎの自然数である。たとえば、ｋ＝１の場合、式（５）は式（６）で表され、ｋ＝２の場合、式（５）は式（７）で表される。

【0071】

【数5】

・・・（５）

【数6】

・・・（６）

【数7】

・・・（７）

【0072】

制御装置１００Ａは、連立方程式を解いて、水素濃度（Ｘ）と、水蒸気濃度および二酸化炭素濃度の合算値（Ｙ）とを算出する（Ｓ１０）。その後、制御装置１００Ａは、本処理を終了する。

【0073】

このように、実施の形態２に係るセンサモジュール１Ａにおいて、制御装置１００Ａは、ヒータ電力Ｐｋが供給されたときのヒータ温度Ｔｋ’からマイクロヒータ１０が配置された雰囲気中の雰囲気温度を減算して温度差ｄＴｋ’を算出し、ヒータ温度Ｔｋ、ヒータ温度ＴｋＨ、およびヒータ温度ＴｋＣと、ヒータ温度ｄＴｋ’とに基づき、混合気体に含まれる水素濃度（Ｘ）と、水蒸気濃度および二酸化炭素濃度の合算値（Ｙ）とを算出する。

【0074】

たとえば、制御装置１００Ａは、ヒータ電力Ｐ１が供給されたときのヒータ温度Ｔ１’からマイクロヒータ１０が配置された雰囲気中の雰囲気温度を減算して温度差ｄＴ１’を算出し、ヒータ温度Ｔ１、ヒータ温度Ｔ１Ｈ、およびヒータ温度Ｔ１Ｃと、ヒータ温度ｄＴ１’とに基づき、式（６）を生成する。また、制御装置１００Ａは、ヒータ電力Ｐ２が供給されたときのヒータ温度Ｔ２’からマイクロヒータ１０が配置された雰囲気中の雰囲気温度を減算して温度差ｄＴ２’を算出し、ヒータ温度Ｔ２、ヒータ温度Ｔ２Ｈ、およびヒータ温度Ｔ２Ｃと、ヒータ温度ｄＴ２’とに基づき、式（７）を生成する。制御装置１００Ａは、式（６）と式（７）とからなる連立方程式を解くことで、混合気体に含まれる水素濃度（Ｘ）と、水蒸気濃度および二酸化炭素濃度の合算値（Ｙ）とを算出する。

【0075】

これにより、制御装置１００Ａは、ヒータ電力Ｐ１およびヒータ電力Ｐ２といったようにヒータ電力Ｐｋを可変させながら検出したヒータ温度Ｔｋに対して、ヒータ温度Ｔｋの検出時に温度センサ２０で測定した雰囲気温度を減算することで温度差ｄＴｋ’を算出し、算出した温度差ｄＴｋ’を用いて連立方程式を生成することで、水素濃度（Ｘ）と、水蒸気濃度および二酸化炭素濃度の合算値（Ｙ）とを算出するための連立方程式において、雰囲気温度の影響を排除することができる。これにより、制御装置１００Ａは、マイクロヒータ１０からの検出値に基づき、水素濃度（Ｘ）をより精度高く測定することができる。

【0076】

なお、制御装置１００Ａは、式（５）においてｋ＝１～ｎの自然数を適用した式のうちから、２つ以上の式を用いて連立方程式を生成すればよい。また、制御装置１００Ａは、複数の式における温度差ｄＴｋ’、ヒータ温度Ｔｋ、ヒータ温度ＴｋＨ、およびヒータ温度ＴｋＣの各々を平均化した値を用いて１つの式を生成してもよい。たとえば、制御装置１００Ａは、温度差ｄＴ１’と温度差ｄＴ２’との平均値、ヒータ温度Ｔ１とヒータ温度Ｔ２との平均値、ヒータ温度Ｔ１Ｈとヒータ温度Ｔ２Ｈとの平均値、およびヒータ温度Ｔ１Ｃとヒータ温度Ｔ２Ｃとの平均値を、式（５）に適用することで、１つの式を生成してもよい。

【0077】

また、図４で示したように、雰囲気中の温度が約６７３Ｋ（４００℃）以上である場合、空気の熱伝導率と、水蒸気および二酸化炭素の各々の熱伝導率とが同一または略同一になる。このため、式（５）を用いて生成される連立方程式における温度差ｄＴｋ’のうち、少なくとも１つの温度差ｄＴｋ’は、約６７３Ｋ（４００℃）以上であることが好ましい。たとえば、式（６）で用いられる温度差ｄＴ１’と式（７）で用いられる温度差ｄＴ２’とのうち、少なくとも１つは、約６７３Ｋ（４００℃）以上であることが好ましい。このようにすれば、式（６）および式（７）のうちの少なくとも１つにおいて、空気の濃度（１－Ｘ－Ｙ）と、水蒸気濃度および二酸化炭素濃度の合算値（Ｙ）とを同じ値として扱うことができるため、連立方程式をより簡単にすることができ、濃度測定処理を効率よく実行することができる。

【0078】

＜実施の形態３＞
図１３および図１４を参照しながら、実施の形態３に係るセンサモジュール１Ｂおよび制御装置１００Ｂについて説明する。なお、実施の形態３に係るセンサモジュール１Ｂおよび制御装置１００Ｂのそれぞれについては、実施の形態２に係るセンサモジュール１Ａおよび制御装置１００Ａと異なる構成および機能のみを説明する。

【0079】

図１３は、実施の形態３に係るセンサモジュール１Ｂおよび制御装置１００Ｂの構成を説明するための図である。センサモジュール１Ｂは、マイクロヒータ１０が配置された雰囲気中の雰囲気湿度（たとえば、室内湿度）を測定する湿度センサ３０をさらに備える。制御装置１００Ｂは、湿度センサ３０が測定した雰囲気湿度を取得する湿度センサインターフェース１１０をさらに備える。

【0080】

図１４は、実施の形態３に係る制御装置１００Ｂの処理を示すフローチャートである。図１４に示すフローチャートは、制御装置１００Ｂの演算装置１０１が制御プログラム１２０に従って実行する濃度測定処理のステップを規定する。なお、図１４において、「Ｓ」は「ＳＴＥＰ」の略称として用いられる。

【0081】

図１４に示すように、制御装置１００Ｂは、Ｓ１０において連立方程式を解いて、水素濃度（Ｘ）と、水蒸気濃度および二酸化炭素濃度の合算値（Ｙ）とを算出した後、算出した水蒸気濃度および二酸化炭素濃度の合算値（Ｙ）から湿度センサ３０によって測定された雰囲気湿度を減算して二酸化炭素濃度を算出する（Ｓ１Ｂ）。

【0082】

このように、実施の形態３に係るセンサモジュール１Ｂにおいて、制御装置１００Ｂは、湿度センサ３０を用いて直接的に水蒸気濃度を測定し、測定した水蒸気濃度を、水蒸気濃度および二酸化炭素濃度の合算値（Ｙ）から減算することで、二酸化炭素濃度を算出することができる。これにより、制御装置１００Ｂは、水素濃度、水蒸気濃度、および二酸化炭素濃度の各々を個別に測定することができる。

【0083】

なお、実施の形態３に係る制御装置１００Ｂが実行するＳ１Ｂの処理は、実施の形態１に係る制御装置１００によってＳ１０の後に実行されてもよい。

【0084】

＜付記＞
（第１項） センサモジュール１，１Ａ，１Ｂは、供給された電力に応じて発熱する熱伝導式のマイクロヒータ１０と、マイクロヒータ１０と通信可能に構成された制御装置１００，１００Ａ，１００Ｂとを備える。制御装置１００，１００Ａ，１００Ｂは、第１電力が供給されたときのマイクロヒータ１０の第１温度に対応する第１検出値を検出し、第１電力よりも大きい第２電力が供給されたときのマイクロヒータ１０の第２温度に対応する第２検出値を検出し、第１検出値および第２検出値と、混合気体に含まれる複数種類の気体の各々の熱伝導率に関する熱伝導率データ１３０とに基づき、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を算出する。

【0085】

このような構成によれば、制御装置１００，１００Ａ，１００Ｂは、混合気体が存在する雰囲気中であっても、マイクロヒータ１０からの検出値に基づき、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を精度高く測定することができる。

【0086】

（第２項） 第１項に記載のセンサモジュール１，１Ａ，１Ｂにおいて、制御装置１００，１００Ａ，１００Ｂは、熱伝導率データ１３０に基づきマイクロヒータ１０に第１電力が供給されたときの複数種類の気体の各々の温度を取得し、取得した当該複数種類の気体の各々の温度と第１検出値に対応する第１温度とに基づき、少なくとも１種類の気体の濃度を算出するための第１式を生成し、熱伝導率データ１３０に基づきマイクロヒータ１０に第２電力が供給されたときの複数種類の気体の各々の温度を取得し、取得した当該複数種類の気体の各々の温度と第２検出値に対応する第２温度とに基づき、少なくとも１種類の気体の濃度を算出するための第２式を生成し、第１式と第２式とに基づき、少なくとも１種類の気体の濃度を算出する。

【0087】

このような構成によれば、制御装置１００，１００Ａ，１００Ｂは、第１式と第２式とからなる連立方程式を用いて、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を精度高く測定することができる。

【0088】

（第３項） 第１項または第２項に記載のセンサモジュール１Ａ，１Ｂにおいて、制御装置１００Ａ，１００Ｂは、第１検出値に対応する第１温度からマイクロヒータ１０が配置された雰囲気中の温度を減算して第１温度差を算出し、マイクロヒータ１０に第１電力が供給されたときの複数種類の気体の各々の温度と第１温度差とに基づき、第１式を生成し、第２検出値に対応する第２温度から雰囲気中の温度を減算して第２温度差を算出し、マイクロヒータ１０に第２電力が供給されたときの複数種類の気体の各々の温度と第２温度差とに基づき、第２式を生成する。

【0089】

このような構成によれば、制御装置１００Ａ，１００Ｂは、第１式と第２式とからなる連立方程式において、雰囲気中の温度の影響を排除することができるため、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度をより精度高く測定することができる。

【0090】

（第４項） 第３項に記載のセンサモジュール１Ａ，１Ｂにおいて、第１温度差および第２温度差の少なくとも１つは、４００℃以上である。

【0091】

このような構成によれば、制御装置１００Ａ，１００Ｂは、連立方程式をより簡単にすることができ、少なくとも１種類の気体の濃度を測定するための処理を効率よく実行することができる。

【0092】

（第５項） 第１項～第４項のいずれか１項に記載のセンサモジュール１，１Ａ，１Ｂにおいて、少なくとも１種類の気体は、水素を含む。

【0093】

このような構成によれば、制御装置１００，１００Ａ，１００Ｂは、混合気体に含まれる水素の濃度を精度高く測定することができる。

【0094】

（第６項） 第１項～第５項のいずれか１項に記載のセンサモジュール１Ｂは、マイクロヒータ１０が配置された雰囲気中の湿度を検出する湿度センサ３０をさらに備える。少なくとも１種類の気体は、二酸化炭素と、水蒸気とを含む。制御装置１００Ｂは、少なくとも１種類の気体の濃度からマイクロヒータ１０が配置された雰囲気中の湿度を減算して、二酸化炭素の濃度を算出する。

【0095】

このような構成によれば、制御装置１００Ｂは、混合気体に含まれる水蒸気および二酸化炭素の各々の濃度を個別に測定することができる。

【0096】

（第７項） 第１項～第６項のいずれか１項に記載のセンサモジュール１，１Ａ，１Ｂにおいて、マイクロヒータ１０は、絶縁層と、絶縁層上に設けられた金属酸化物と、金属酸化物上に設けられた白金とを含む。

【0097】

このような構成によれば、制御装置１００，１００Ａ，１００Ｂは、雰囲気中の温度が約６７３Ｋ（４００℃）以上であっても、マイクロヒータ１０からの検出値を取得することができる。

【0098】

（第８項） 第７項に記載のセンサモジュール１，１Ａ，１Ｂにおいて、金属酸化物は、酸化チタン、酸化クロム、五酸化タンタル、および酸素欠損した金属酸化物のうちの少なくとも１つを含む。

【0099】

このような構成によれば、マイクロヒータ１０は、雰囲気中に含まれる混合気体の熱伝導率に応じて適切に発熱することができる。

【0100】

（第９項） 制御装置１００，１００Ａ，１００Ｂは、供給された電力に応じて発熱する熱伝導式のマイクロヒータ１０の温度に対応する検出値を検出する検出部（マイクロヒータインターフェース１０８）と、検出部によって検出された検出値に基づき、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を算出する算出部（演算装置１０１）とを備える。算出部は、検出部によって検出された第１電力が供給されたときのマイクロヒータ１０の第１温度に対応する第１検出値を取得し、検出部によって検出された第１電力よりも大きい第２電力が供給されたときのマイクロヒータ１０の第２温度に対応する第２検出値を取得し、第１検出値および第２検出値と、混合気体に含まれる複数種類の気体の各々の熱伝導率に関する熱伝導率データ１３０とに基づき、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を算出する。

【0101】

このような構成によれば、制御装置１００，１００Ａ，１００Ｂは、混合気体が存在する雰囲気中であっても、マイクロヒータ１０からの検出値に基づき、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を精度高く測定することができる。

【0102】

（第１０項） 制御装置１００，１００Ａ，１００Ｂを制御するための制御方法は、供給された電力に応じて発熱する熱伝導式のマイクロヒータ１０に第１電力が供給されたときのマイクロヒータ１０の第１温度に対応する第１検出値を検出するステップ（Ｓ１）と、マイクロヒータ１０に第１電力よりも大きい第２電力が供給されたときのマイクロヒータ１０の第２温度に対応する第２検出値を検出するステップ（Ｓ３）と、第１検出値および第２検出値と、混合気体に含まれる複数種類の気体の各々の熱伝導率に関する熱伝導率データ１３０とに基づき、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を算出するステップ（Ｓ８～Ｓ１０）とを含む。

【0103】

このような構成によれば、制御装置１００，１００Ａ，１００Ｂは、混合気体が存在する雰囲気中であっても、マイクロヒータ１０からの検出値に基づき、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を精度高く測定することができる。

【0104】

（第１１項） 制御プログラム１２０は、制御装置１００に、供給された電力に応じて発熱する熱伝導式のマイクロヒータ１０に第１電力が供給されたときのマイクロヒータ１０の第１温度に対応する第１検出値を検出するステップ（Ｓ１）と、マイクロヒータ１０に第１電力よりも大きい第２電力が供給されたときのマイクロヒータ１０の第２温度に対応する第２検出値を検出するステップ（Ｓ３）と、第１検出値および第２検出値と、混合気体に含まれる複数種類の気体の各々の熱伝導率に関する熱伝導率データ１３０とに基づき、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を算出するステップ（Ｓ８～Ｓ１０）とを実行させる。

【0105】

このような構成によれば、制御装置１００，１００Ａ，１００Ｂは、混合気体が存在する雰囲気中であっても、マイクロヒータ１０からの検出値に基づき、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の濃度を精度高く測定することができる。

【0106】

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0107】

１，１Ａ，１Ｂ センサモジュール、１０ マイクロヒータ、１１ シリコン基板、１２ 薄膜層、１３ センサ部、２０ 温度センサ、３０ 湿度センサ、５１ ディスプレイ、６０ 周辺機器、７０ 記憶媒体、１００，１００Ａ，１００Ｂ 制御装置、１０１ 演算装置、１０２ メモリ、１０３ 記憶装置、１０４ 通信装置、１０５ ディスプレイインターフェース、１０６ 周辺機器インターフェース、１０７ 記憶媒体インターフェース、１０８ マイクロヒータインターフェース、１０９ 温度センサインターフェース、１１０ 湿度センサインターフェース、１２０ 制御プログラム、１２１，１２４ 絶縁層、１２２ 中間層、１２３ ヒータ部、１３０ 熱伝導率データ。

【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】