特開 2024-60566 ガスセンサ

(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】P2024060566

(43)【公開日】2024-05-02

(54)【発明の名称】ガスセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/18 20060101AFI20240424BHJP

【ＦＩ】

G01N27/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023111146

(22)【出願日】2023-07-06

(31)【優先権主張番号】P 2022167731

(32)【優先日】2022-10-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115738

【弁理士】

【氏名又は名称】鷲頭 光宏

(74)【代理人】

【識別番号】100121681

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 和文

(72)【発明者】

【氏名】海田 佳生

(72)【発明者】

【氏名】乾 泰寛

(72)【発明者】

【氏名】松尾 裕

【テーマコード（参考）】

2G060

【Ｆターム（参考）】

2G060AA01

2G060AB09

2G060AE19

2G060AF07

2G060BA05

2G060BB02

2G060BB05

2G060HB06

2G060HC01

2G060HC15

2G060HC26

2G060KA01

(57)【要約】

【課題】負のドリフトをリアルタイムにキャンセル可能なガスセンサを提供する。
【解決手段】ガスセンサ１は、ＣＯ_２ガスの濃度に応じたガス検出信号Ｖｃｏ２＿１を生成するセンサ部１０と、ガス検出信号Ｖｃｏ２＿１に基づいてＣＯ_２の濃度を示す出力信号ＯＵＴを生成する制御回路２０とを備える。制御回路２０は、センサ部から出力されるガス検出信号Ｖｃｏ２＿１のレベルが、ＣＯ_２ガスの濃度が平常時の濃度である場合におけるガス検出信号のレベルに相当するリファレンス値を下回っている場合、ガス検出信号Ｖｃｏ２＿１が示す測定対象ガスの濃度よりも高くなるよう出力信号ＯＵＴを補正する。これにより、負のドリフトをリアルタイムにキャンセルすることが可能となる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象ガスの濃度に応じたガス検出信号を生成するセンサ部と、
前記ガス検出信号に基づいて前記測定対象ガスの濃度を示す出力信号を生成する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記センサ部から出力される前記ガス検出信号のレベルが、前記測定対象ガスの濃度が平常時の濃度である場合における前記ガス検出信号のレベルに相当するリファレンス値を下回っている場合、前記ガス検出信号が示す前記測定対象ガスの濃度よりも高くなるよう前記出力信号を補正する、ガスセンサ。

【請求項2】

前記制御回路は、前記センサ部から出力される前記ガス検出信号のレベルが、前記リファレンス値以上の値から前記リファレンス値を下回る値に変化した場合、前記平常時の濃度の値を示すよう前記出力信号を補正する、請求項１に記載のガスセンサ。

【請求項3】

前記制御回路は、前記センサ部から出力される前記ガス検出信号のレベルが前記リファレンス値を下回っている期間において、前記センサ部から出力される前記ガス検出信号のレベルの変化が前記測定対象ガスの濃度の上昇を示している場合、上昇分を前記出力信号に反映させる、請求項１に記載のガスセンサ。

【請求項4】

前記制御回路は、前記センサ部から出力される前記ガス検出信号のレベルが前記リファレンス値を下回っている期間において、前記センサ部から出力される前記ガス検出信号のレベルの変化が前記測定対象ガスの濃度の低下を示している場合、前記平常時の濃度を下回らない範囲で、低下分を前記出力信号に反映させる、請求項１に記載のガスセンサ。

【請求項5】

前記制御回路は、前記ガス検出信号を取り込む度に、前記リファレンス値の算出動作を行う、請求項１に記載のガスセンサ。

【請求項6】

前記制御回路は、環境温度に応じた前記リファレンス値の算出動作を行う、請求項１に記載のガスセンサ。

【請求項7】

前記測定対象ガスはＣＯ_２ガスであり、前記平常時の濃度は平常時における大気中のＣＯ_２ガスの濃度である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のガスセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示はガスセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、直列接続された２つのサーミスタの接続点に現れる信号のレベルに基づいて、測定対象ガスの濃度を算出するガスセンサが開示されている。特許文献１に記載されたガスセンサにおいては、２つのサーミスタを互いに異なる温度に加熱することによって１回目の出力値を取得した後、２つのサーミスタを互いに同じ温度に加熱することによって２回目の出力値を取得し、２回目の出力値に基づいて１回目の出力値を補正することにより、経時変化によって生じるドリフトの影響をキャンセルしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１５６２９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載されたガスセンサにおいては、測定の度にサーミスタを複数回に亘って加熱する必要があるため、消費電力が大きくなるという問題があった。

【0005】

本開示においては、ドリフトの影響をキャンセル可能な改良されたガスセンサについて説明される。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示によるガスセンサは、測定対象ガスの濃度に応じたガス検出信号を生成するセンサ部と、ガス検出信号に基づいて測定対象ガスの濃度を示す出力信号を生成する制御回路とを備え、制御回路は、センサ部から出力されるガス検出信号のレベルが、測定対象ガスの濃度が平常時の濃度である場合におけるガス検出信号のレベルに相当するリファレンス値を下回っている場合、ガス検出信号が示す測定対象ガスの濃度よりも高くなるよう出力信号を補正する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、負のドリフトをリアルタイムにキャンセル可能なガスセンサが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本開示に係る技術の一実施形態によるガスセンサ１の構成を示す回路図である。

【図2】図２は、制御回路２５による出力信号ＯＵＴの演算動作を説明するためのフローチャートである。

【図3】図３は、環境温度とリファレンス値Ｖｒｅｆ１の関係を示すグラフである。

【図4】図４は、制御回路２５による出力信号ＯＵＴの補正動作の具体例を説明するためのグラフである。

【図5】図５は、ガスセンサ１の効果を説明するための実測値を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照しながら、本開示に係る技術の実施形態について詳細に説明する。

【0010】

図１は、本開示に係る技術の一実施形態によるガスセンサ１の構成を示す回路図である。

【0011】

図１に示すように、本実施形態によるガスセンサ１は、センサ部１０と制御回路２０を備えている。特に限定されるものではないが、本実施形態によるガスセンサ１は、雰囲気中におけるＣＯ_２ガスの濃度を検出するものである。

【0012】

センサ部１０は、測定対象ガスであるＣＯ_２ガスの濃度を測定するための熱伝導式のガスセンサであり、サーミスタＲｄ１～Ｒｄ３、固定抵抗Ｒ１及びヒータ抵抗ＭＨ１，ＭＨ２を含んでいる。サーミスタＲｄ１～Ｒｄ３は、例えば、複合金属酸化物、アモルファスシリコン、ポリシリコン、ゲルマニウムなどの負の抵抗温度係数を持つ材料からなる検出素子である。サーミスタＲｄ１，Ｒｄ２は、いずれもＣＯ_２ガスの濃度を検出するものであるが、後述するように動作温度が互いに異なっている。また、サーミスタＲｄ３は、環境温度を検出する温度センサとして機能する。

【0013】

図１に示すように、サーミスタＲｄ１とサーミスタＲｄ２は、電源電位Ｖｃｃが供給される配線と接地電位ＧＮＤが供給される配線との間に直列に接続されている。サーミスタＲｄ１はヒータ抵抗ＭＨ１によって例えば３００℃に加熱され、サーミスタＲｄ２はヒータ抵抗ＭＨ２によって例えば１５０℃加熱される。サーミスタＲｄ１は、３００℃に加熱された場合に所定の抵抗値となるよう設計されている一方、サーミスタＲｄ２は、１５０℃に加熱された場合に所定の抵抗値となるよう設計されている。サーミスタＲｄ１とサーミスタＲｄ２の接続点には、ガス検出信号Ｖｃｏ２＿１が現れる。

【0014】

検知素子であるサーミスタＲｄ２を１５０℃に加熱した状態で測定雰囲気中にＣＯ_２ガスが存在すると、その濃度に応じてサーミスタＲｄ２の放熱特性が変化する。かかる変化は、サーミスタＲｄ２の抵抗値の変化となって現れる。一方、リファレンス素子であるサーミスタＲｄ１を３００℃に加熱した状態で測定雰囲気中にＣＯ_２ガスが存在しても、その濃度に応じてサーミスタＲｄ１の放熱特性はほとんど変化しない。このため、３００℃に加熱されたサーミスタＲｄ１のＣＯ_２ガスの濃度による抵抗値の変化は、１５０℃に加熱されたサーミスタＲｄ２のＣＯ_２ガスの濃度による抵抗値の変化よりも十分に小さい。３００℃に加熱されたサーミスタＲｄ１のＣＯ_２ガスの濃度による抵抗値の変化は、ほとんど無くても構わない。サーミスタＲｄ１とサーミスタＲｄ２の接続点に現れるガス検出信号Ｖｃｏ２＿１は、制御回路２０に供給される。

【0015】

サーミスタＲｄ３と固定抵抗Ｒ１は、電源電位Ｖｃｃが供給される配線と接地電位ＧＮＤが供給される配線との間に直列に接続されている。固定抵抗Ｒ１とサーミスタＲｄ３の接続点には、温度検出信号Ｖｔｅｍｐ＿１が現れる。温度検出信号Ｖｔｅｍｐ＿１は、制御回路２０に入力される。

【0016】

制御回路２０は、アンプ２１，２２、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）２３、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）２４及び制御回路２５を備えている。アンプ２１は、温度検出信号Ｖｔｅｍｐ＿１を増幅することによって温度検出信号Ｖｔｅｍｐ＿２を生成する。アンプ２２は、ガス検出信号Ｖｃｏ２＿１を増幅することによってガス検出信号Ｖｃｏ２＿２を生成する。温度検出信号Ｖｔｅｍｐ＿２及びガス検出信号Ｖｃｏ２＿２は、ＡＤコンバータ２３に入力される。ＡＤコンバータ２３は、温度検出信号Ｖｔｅｍｐ＿２及びガス検出信号Ｖｃｏ２＿２をＡＤ変換することによって、デジタル値である温度検出値Ｖｔｅｍｐ＿ａｄｃ及びガス検出値Ｖｃｏ２＿ａｄｃを生成する。温度検出値Ｖｔｅｍｐ＿ａｄｃ及びガス検出値Ｖｃｏ２＿ａｄｃは、制御回路２５に供給される。後述するように、制御回路２５は、ガス検出値Ｖｃｏ２＿ａｄｃに基づく演算及び補正を行うことにより、ＣＯ_２ガスの濃度を示す出力信号ＯＵＴを生成する。一方、ＤＡコンバータ２４は、制御回路２５から供給されるデジタル値をＤＡ変換することによって、ヒータ電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ２を生成する。ヒータ電圧Ｖｍｈ１，Ｖｍｈ２はそれぞれヒータ抵抗ＭＨ１，ＭＨ２に印加され、これによりサーミスタＲｄ１，Ｒｄ２が加熱される。

【0017】

次に、制御回路２５による出力信号ＯＵＴの演算動作について説明する。

【0018】

図２は、制御回路２５による出力信号ＯＵＴの演算動作を説明するためのフローチャートである。

【0019】

まず、制御回路２５は、ガス検出値Ｖｃｏ２＿ａｄｃを取り込む（ステップ４１）とともに、リファレンス値Ｖｒｅｆ１を算出する（ステップ４２）。リファレンス値Ｖｒｅｆ１とは、測定対象ガスの濃度が平常時の濃度である場合における、ガス検出信号Ｖｃｏ２＿２をＡＤ変換したレベルに相当する。言い換えれば、測定対象ガスの濃度が平常時の濃度である場合において、本来、制御回路２５に入力されるべきガス検出値Ｖｃｏ２＿ａｄｃの値がリファレンス値Ｖｒｅｆ１である。本実施形態においては測定対象ガスがＣＯ_２ガスであり、平常時における大気中のＣＯ_２ガスの濃度は約４００ｐｐｍである。リファレンス値Ｖｒｅｆ１が示すＣＯ_２ガスの濃度（例えば４００ｐｐｍ）は、リミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔとして制御回路２５内のメモリ３１に記録される。

【0020】

図３に示すように、リファレンス値Ｖｒｅｆ１は環境温度によって異なる場合がある。このため、より高精度な測定を行う場合、制御回路２５は、温度検出値Ｖｔｅｍｐ＿ａｄｃに基づき、現在の環境温度に応じたリファレンス値Ｖｒｅｆ１を算出する。尚、ステップ４１とステップ４２の実行順序は逆であっても構わない。ここで、ガス検出値Ｖｃｏ２＿ａｄｃを取り込む度にステップ４２を毎回実行する必要はなく、ステップ４１とステップ４２を異なる周期で、或いは、非同期に実行しても構わない。さらに、環境温度に応じたリファレンス値Ｖｒｅｆ１の算出を行うことも必須ではなく、リファレンス値Ｖｒｅｆ１の環境温度による変化が小さい場合には、環境温度とは無関係なリファレンス値Ｖｒｅｆ１を用いても構わない。この場合、制御回路２５内のメモリにあらかじめ定められたリファレンス値Ｖｒｅｆ１を保存しておき、ステップ４２において、メモリからリファレンス値Ｖｒｅｆ１を読み出しても構わない。さらに、制御回路２５は、経時変化に起因するリファレンス値Ｖｒｅｆ１のドリフトを校正する校正動作を定期的に実行しても構わない。リファレンス値Ｖｒｅｆ１をメモリに保存する場合であっても、メモリに保存されたリファレンス値Ｖｒｅｆ１を校正動作によって随時更新しても構わない。

【0021】

次に、制御回路２５は、ガス検出値Ｖｃｏ２＿ａｄｃとリファレンス値Ｖｒｅｆ１の差分値ＣＯ２＿ｖａｌを算出し（ステップ４３）、差分値ＣＯ２＿ｖａｌに感度係数ＣＯ２＿ｓｅｎを乗じることによってガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａを算出する（ステップ４４）。ガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａは、ＣＯ_２ガスの補正される前の濃度に相当する。

【0022】

次に、制御回路２５は、算出したガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａとメモリ３１に記録されているリミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔを比較する（ステップ５１）。その結果、ガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａがリミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔ以上であれば（ステップ５１：Ｎ）、メモリ３３に保持される差分値ＣＯ２＿ｄｉｆ及びメモリ３４に保持されるしきい値ＣＯ２＿ｔｈｒｅｓｈをゼロにリセットし（ステップ５２）、メモリ３２に記録されるバッファ値ＣＯ２＿ｂｕｆをリミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔで上書きする（ステップ５３）とともに、ガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａを出力信号ＯＵＴとして出力する（ステップ６０）。尚、ステップ５２，５３，６０の実行順序は任意である。

【0023】

これに対し、ガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａがリミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔを下回っている場合（ステップ５１：Ｙ）には、メモリ３３に保持されている差分値ＣＯ２＿ｄｉｆに、ガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａとバッファ値ＣＯ２＿ｂｕｆの差分を加算し、これをメモリ３３に上書きする（ステップ５４）とともに、メモリ３２に保存されるバッファ値ＣＯ２＿ｂｕｆをガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａで上書きする（ステップ５５）。ここで、リミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔは、平常時における大気中のＣＯ_２ガスの濃度（例えば４００ｐｐｍ）を示しており、通常の環境では、これを下回ることは考えられない。つまり、ガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａがリミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔを下回っている場合（ステップ５１：Ｙ）は、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ２に生じている負のドリフトにより、ガス検出信号Ｖｃｏ２＿１が異常値を示していることを意味する。

【0024】

次に、制御回路２５は、メモリ３３に保持された差分値ＣＯ２＿ｄｉｆがメモリ３４に保持されたしきい値ＣＯ２＿ｔｈｒｅｓｈ以下であるか否かを判断し（ステップ５６）、差分値ＣＯ２＿ｄｉｆがしきい値ＣＯ２＿ｔｈｒｅｓｈ以下であれば（ステップ５６：Ｙ）、メモリ３４に保持されるしきい値ＣＯ２＿ｔｈｒｅｓｈを差分値ＣＯ２＿ｄｉｆで上書きし（ステップ５７）、リミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔをそのままガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａ２とする（ステップ５８）とともに、ガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａ２を出力信号ＯＵＴとして出力する（ステップ６０）。これに対し、差分値ＣＯ２＿ｄｉｆがしきい値ＣＯ２＿ｔｈｒｅｓｈを超えていれば（ステップ５６：Ｎ）、差分値ＣＯ２＿ｄｉｆとしきい値ＣＯ２＿ｔｈｒｅｓｈの差をリミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔに加算した値をガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａ２とし（ステップ５９）、出力信号ＯＵＴとして出力する（ステップ６０）。

【0025】

このように、ガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａがリミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔを下回っている場合、制御回路２５は、補正されたガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａ２を生成する。これにより、出力信号ＯＵＴは、ガス検出信号Ｖｃｏ２＿１が示すＣＯ_２ガスの濃度よりも高くなるようを補正される。

【0026】

次に、制御回路２５による出力信号ＯＵＴの補正動作の具体例について説明する。

【0027】

図４は、制御回路２５による出力信号ＯＵＴの補正動作の具体例を説明するためのグラフである。図４に示す例では、メモリ３１に保持されるリミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔが４００ｐｐｍに設定されている。メモリ３２に保持されるバッファ値ＣＯ２＿ｂｕｆの初期値は、リミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔと同じ４００ｐｐｍである。また、メモリ３３，３４に保持される差分値ＣＯ２＿ｄｉｆ及びしきい値ＣＯ２＿ｔｈｒｅｓｈの初期値は、いずれも０ｐｐｍである。

【0028】

まず、時刻ｔ０～ｔ４の期間においては、ガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａがリミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔである４００ｐｐｍ以上であることから（ステップ５１：Ｎ）、検出されたガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａは補正されることなく、そのまま出力信号ＯＵＴとして出力される（ステップ６０）。この期間においては、バッファ値ＣＯ２＿ｂｕｆは４００ｐｐｍを維持し、差分値ＣＯ２＿ｄｉｆ及びしきい値ＣＯ２＿ｔｈｒｅｓｈはいずれも０ｐｐｍを維持する。

【0029】

次に、時刻ｔ５においては、ガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａが３３０ｐｐｍを示し、リミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔである４００ｐｐｍを下回っている（ステップ５１：Ｙ）。これにより、差分値ＣＯ２＿ｄｉｆが－７０ｐｐｍ（＝３３０ｐｐｍ－４００ｐｐｍ）に更新される（ステップ５４）とともに、バッファ値ＣＯ２＿ｂｕｆが３３０ｐｐｍに更新される（ステップ５５）。ここでは、差分値ＣＯ２＿ｄｉｆがしきい値ＣＯ２＿ｔｈｒｅｓｈ（＝０ｐｐｍ）以下であることから（ステップ５６：Ｙ）、しきい値ＣＯ２＿ｔｈｒｅｓｈが差分値ＣＯ２＿ｄｉｆで上書きされる（ステップ５７）とともに、ガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａ２がリミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔである４００ｐｐｍに補正され（ステップ５８）、出力信号ＯＵＴとして出力される（ステップ６０）。このように、ガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａがリミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔである４００ｐｐｍを下回ると、実際に検出されたＣＯ_２ガスの濃度よりも高くなるよう出力信号ＯＵＴが補正される。

【0030】

次に、時刻ｔ６においては、ガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａが２８０ｐｐｍを示し、リミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔである４００ｐｐｍを下回っている（ステップ５１：Ｙ）。これにより、差分値ＣＯ２＿ｄｉｆが－１２０ｐｐｍ（＝－７０ｐｐｍ＋２８０ｐｐｍ－３３０ｐｐｍ）に更新される（ステップ５４）とともに、バッファ値ＣＯ２＿ｂｕｆが２８０ｐｐｍに更新される（ステップ５５）。ここでは、差分値ＣＯ２＿ｄｉｆがしきい値ＣＯ２＿ｔｈｒｅｓｈ（＝－７０ｐｐｍ）以下であることから（ステップ５６：Ｙ）、しきい値ＣＯ２＿ｔｈｒｅｓｈが差分値ＣＯ２＿ｄｉｆで上書きされる（ステップ５７）とともに、ガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａ２がリミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔである４００ｐｐｍに補正され（ステップ５８）、出力信号ＯＵＴとして出力される（ステップ６０）。

【0031】

次に、時刻ｔ７においては、ガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａが２８０ｐｐｍを示し、リミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔである４００ｐｐｍを下回っている（ステップ５１：Ｙ）。これにより、差分値ＣＯ２＿ｄｉｆが－１２０ｐｐｍ（＝－１２０ｐｐｍ＋２８０ｐｐｍ－２８０ｐｐｍ）に更新される（ステップ５４）とともに、バッファ値ＣＯ２＿ｂｕｆが２８０ｐｐｍに更新される（ステップ５５）。ここでは、差分値ＣＯ２＿ｄｉｆがしきい値ＣＯ２＿ｔｈｒｅｓｈ（＝－１２０ｐｐｍ）以下であることから（ステップ５６：Ｙ）、しきい値ＣＯ２＿ｔｈｒｅｓｈが差分値ＣＯ２＿ｄｉｆで上書きされる（ステップ５７）とともに、ガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａ２がリミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔである４００ｐｐｍに補正され（ステップ５８）、出力信号ＯＵＴとして出力される（ステップ６０）。

【0032】

このように、ガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａがリミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔである４００ｐｐｍ以上から４００ｐｐｍを下回る値に変化した場合（時刻ｔ４→ｔ５）、出力信号ＯＵＴがリミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔである４００ｐｐｍに補正される。また、ガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａがリミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔである４００ｐｐｍを下回った後、ＣＯ_２ガスの濃度がさらに低下しても（時刻ｔ５→ｔ６）、この低下分は出力信号ＯＵＴに反映されず、出力信号ＯＵＴがリミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔである４００ｐｐｍに固定される。

【0033】

次に、時刻ｔ８においては、ガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａが３００ｐｐｍを示し、リミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔである４００ｐｐｍを下回っている（ステップ５１：Ｙ）。これにより、差分値ＣＯ２＿ｄｉｆが－１００ｐｐｍ（＝－１２０ｐｐｍ＋３００ｐｐｍ－２８０ｐｐｍ）に更新される（ステップ５４）とともに、バッファ値ＣＯ２＿ｂｕｆが３００ｐｐｍに更新される（ステップ５５）。ここでは、差分値ＣＯ２＿ｄｉｆがしきい値ＣＯ２＿ｔｈｒｅｓｈ（＝－１２０ｐｐｍ）を超えていることから（ステップ５６：Ｎ）、差分値ＣＯ２＿ｄｉｆとしきい値ＣＯ２＿ｔｈｒｅｓｈの差（＝２０ｐｐｍ）をリミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔに加算した値がガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａ２となり（ステップ５９）、出力信号ＯＵＴとして出力される（ステップ６０）。この場合、出力信号ＯＵＴは４２０ｐｐｍを示す。このように、ガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａがリミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔである４００ｐｐｍを下回っている期間において、ガス検出信号Ｖｃｏ２＿１のレベルの変化がＣＯ_２ガスの濃度の上昇を示している場合（時刻ｔ７→ｔ８）、上昇分（この場合２０ｐｐｍ）が出力信号ＯＵＴに反映される。

【0034】

時刻ｔ９，ｔ１０においても同様である。つまり、時刻ｔ９，ｔ１０においては、ガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａがそれぞれ３２０ｐｐｍ、３４０ｐｐｍを示し、いずれもリミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔである４００ｐｐｍを下回っているものの、ガス検出信号Ｖｃｏ２＿１のレベルの変化がＣＯ_２ガスの濃度の上昇を示していることから、上昇分（時刻ｔ９，ｔ１０のいずれにおいても２０ｐｐｍ）が出力信号ＯＵＴに反映される。これにより、時刻ｔ９における出力信号ＯＵＴは４４０ｐｐｍを示し、時刻ｔ１０における出力信号ＯＵＴは４６０ｐｐｍを示す。

【0035】

次に、時刻ｔ１１においては、ガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａが３２０ｐｐｍを示し、リミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔである４００ｐｐｍを下回っている（ステップ５１：Ｙ）。これにより、差分値ＣＯ２＿ｄｉｆが－８０ｐｐｍ（＝－６０ｐｐｍ＋３２０ｐｐｍ－３４０ｐｐｍ）に更新される（ステップ５４）とともに、バッファ値ＣＯ２＿ｂｕｆが３２０ｐｐｍに更新される（ステップ５５）。ここでは、差分値ＣＯ２＿ｄｉｆがしきい値ＣＯ２＿ｔｈｒｅｓｈ（＝－１２０ｐｐｍ）を超えていることから（ステップ５６：Ｎ）、差分値ＣＯ２＿ｄｉｆとしきい値ＣＯ２＿ｔｈｒｅｓｈの差（＝４０ｐｐｍ）をリミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔに加算した値がガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａ２となり（ステップ５９）、出力信号ＯＵＴとして出力される（ステップ６０）。この場合、出力信号ＯＵＴは４４０ｐｐｍを示す。このように、ガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａがリミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔである４００ｐｐｍを下回っている期間において、ガス検出信号Ｖｃｏ２＿１のレベルの変化がＣＯ_２ガスの濃度の低下を示している場合（時刻ｔ１０→ｔ１１）、リミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔを下回らない範囲で、低下分（この場合２０ｐｐｍ）が出力信号ＯＵＴに反映される。

【0036】

図５は、本実施形態によるガスセンサ１の効果を説明するための実測値を示すグラフである。

【0037】

図５に示すように、雰囲気中のＣＯ_２ガスの濃度が４００ｐｐｍで一定であっても、補正を行わない場合、出力信号ＯＵＴが示すＣＯ_２ガスの濃度が時間の経過とともに低下し、マイナス値を示してしまう。これに対し、本実施形態によるガスセンサ１は、ガス濃度値ＣＯ２＿Ｄａｔａがリミット値ＣＯ２＿ｌｉｍｉｔを下回った場合に補正を実行することから、サーミスタＲｄ１，Ｒｄ２に生じている負のドリフトがリアルタイムに補正され、ＣＯ_２ガスの正しい濃度値を出力することが可能となる。

【0038】

以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記の実施形態に限定されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本開示の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

【0039】

例えば、上記実施形態では、測定対象ガスがＣＯ_２ガスである場合を例に説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。また、本発明において使用するセンサ部が熱伝導式のセンサであることは必須でなく、接触燃焼式など他の方式のセンサであっても構わない。一例として、測定対象ガスがＣＯガスである場合には、接触燃焼式のセンサ部を用いることができる。また、平常時におけるＣＯガスの濃度はほぼゼロであることから、測定対象ガスがＣＯガスである場合には、メモリ３１に保持されるリミット値を０ｐｐｍに設定すれば良い。

【0040】

本開示に係る技術には、以下の構成例が含まれるが、これに限定されるものではない。

【0041】

本開示によるガスセンサは、測定対象ガスの濃度に応じたガス検出信号を生成するセンサ部と、ガス検出信号に基づいて測定対象ガスの濃度を示す出力信号を生成する制御回路とを備え、制御回路は、センサ部から出力されるガス検出信号のレベルが、測定対象ガスの濃度が平常時の濃度である場合におけるガス検出信号のレベルに相当するリファレンス値を下回っているために雰囲気中の実際の測定対象ガスの濃度値よりも低い値を示している場合、ガス検出信号が示す測定対象ガスの濃度を補正することにより、出力信号が示す測定対象ガスの濃度を雰囲気中の実際の濃度値に近づける。これによれば、負のドリフトをリアルタイムにキャンセルすることが可能となる。

【0042】

上記のガスセンサにおいて、制御回路は、センサ部から出力されるガス検出信号のレベルが、リファレンス値以上の値からリファレンス値を下回る値に変化した場合、平常時の濃度の値を示すよう出力信号を補正しても構わない。これによれば、出力信号が示す測定対象ガスの濃度が、平常時の濃度を下回ることがない。

【0043】

上記のガスセンサにおいて、制御回路は、センサ部から出力されるガス検出信号のレベルがリファレンス値を下回っている期間において、センサ部から出力されるガス検出信号のレベルの変化が測定対象ガスの濃度の上昇を示している場合、上昇分を出力信号に反映させても構わない。これによれば、補正期間中においても、ガス濃度の上昇分がキャンセルされることなく出力信号に反映される。

【0044】

上記のガスセンサにおいて、制御回路は、センサ部から出力されるガス検出信号のレベルがリファレンス値を下回っている期間において、センサ部から出力されるガス検出信号のレベルの変化が測定対象ガスの濃度の低下を示している場合、平常時の濃度を下回らない範囲で、低下分を出力信号に反映させても構わない。これによれば、補正期間中においても、ガス濃度の低下分がキャンセルされることなく出力信号に反映される。

【0045】

上記のガスセンサにおいて、制御回路は、ガス検出信号を取り込む度にリファレンス値の算出動作を行っても構わない。これによれば、リファレンス値が変化しうる場合であっても、より正確なリファレンス値を用いることが可能となる。

【0046】

上記のガスセンサにおいて、制御回路は、環境温度に応じたリファレンス値の算出動作を行っても構わない。リファレンス値が環境温度によって異なる場合であっても、より正確なリファレンス値を用いることが可能となる。

【0047】

上記のガスセンサにおいて、測定対象ガスはＣＯ_２ガスであり、平常時の濃度は平常時における大気中のＣＯ_２ガスの濃度であっても構わない。これによれば、負のドリフトをリアルタイムにキャンセル可能なＣＯ_２ガスセンサを提供することが可能となる。

【符号の説明】

【0048】

１ ガスセンサ
１０ センサ部
２０ 制御回路
２１，２２ アンプ
２３ ＡＤコンバータ
２４ ＤＡコンバータ
２５ 制御回路
３１～３４ メモリ
ＭＨ１，ＭＨ２ ヒータ抵抗
Ｒ１ 固定抵抗
Ｒｄ１～Ｒｄ３ サーミスタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】