JPH01265149A - 可燃性ガスの濃度検出装置のセンサおよび可燃性ガスの濃度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、気体中に含まれる可燃性ガスの濃度を検出す
るためのセンサおよび可燃性ガスの濃度検出装置に関し
、特に可燃性ガスが高濃度となる自動車のキャニスタ内
における濃度検出において有効である。

［従来の技術］ 従来、可燃性ガスの濃度検出には、第８図に示すように
、略コイル形状にした白金線６０をセラミツクロ１で覆
い、セラミック６１に白金触媒６２を担持さぜたセンサ
６３や、特開昭５６−８９０４９号公報に紹介された発
明のように、セラミック基板面に抵抗線を印刷し、その
抵抗線の一部に酸化触媒を担持させたセンサが使用され
ている。

また、測定回路としては、前者の場合には第９図に示す
ように、白金線６０をブリッジ回路６４のＦ−０間に発
熱抵抗体として設け、白金線６０を通電したとき発生す
る熱により、可燃性ガスを白金触媒６２の触媒作用によ
り燃焼させる。このとき燃焼熱により白金線６０の抵抗
値が変化するため、それに伴って変化するＦ点とＨ点と
の電位差を濃度検出用の出力信号とする。一方、後者の
センサを用いる場合では、セラミック基板面に印刷され
る抵抗線は発熱用抵抗であるため、燃焼量を検出するた
めに検出用の抵抗体が別に設けられる回路により濃度が
検出される。なお、第９図において、６５．６６は固定
抵抗、６７は外気温や空気流による白金線６０の抵抗値
変化を補償するための温度依存型の抵抗体で、例えば触
媒機能の防ＩＦ処理を施した白金抵抗線である。

［発明が解決しようとする課題］ ゛　　しかじ、自動東のキャニスタ内のような高濃度の
可燃性ガス中では、燃焼量が多くなりやすく燃焼温度が
高くなるため、−旦可燃性ガスの燃焼が始まると、燃焼
熱によって触媒機能が向上し燃焼が促進され、白金線等
の通電状態とは関係なく燃焼温度が急激に１・昇したり
、いわゆる熱暴走が起こりやすい、その結果、出力信号
にドリフトを生じて正しい測定値が得られなくなったり
、白金線の過熱によって白金線自体が溶融してしまい、
使用できなくなったりする。また、第９図の回路では、
燃焼に伴って触媒の温度が変化したときの触媒機能の変
化に対する浦正がされない。

本発明は、高濃度の可燃性ガスの濃度検出に使用できる
可燃性ガスの濃度検出用センサを提供することを目的と
し、また気温が変化し°ζも温度変化にｆｌ’って触媒
機能が変化することがなく、精度の良い濃度検出ができ
る可燃性ガスの濃度検出装置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］ 本発明は、発熱抵抗体を通電加熱し、触媒の作用によっ
゛Ｃ可燃性ガスを燃焼させるとともに、該燃焼による発
熱量を検出して前記可燃性ガスの気体中の濃度を検出す
る可燃性ガスの濃度検出装置のセンサにおいて、詠セシ
サは、セラミックにより成型された基板と、該基板に印
刷された発熱抵抗体とからなり、該発熱抵抗体は触媒機
能を有するとともに前記発熱量を検出する検出用抵抗体
としても使用されることを技術的手段とする。

また、発熱抵抗体を通電加熱し、触媒の作用によって可
燃性ガスを燃焼させるとともに、該燃焼による発熱量を
検出して前記可燃性ガスの気体中の濃度を検出する可燃
性ガスの濃度検出装置において、前記気体中には触媒機
能を有する第１の発熱抵抗体と、触媒機能を有しない第
２の発熱抵抗体とが配され、前記第１の発熱抵抗体およ
び前記第２の発熱抵抗体はそれぞれの抵抗値に基づいて
一定温度に制御されるとともに、前記可燃性ガスの濃度
は、前記第１の発熱抵抗体の消費電力および前記第２の
発熱抵抗体の消費電力に基づいて検出されることを技術
的手段とする。

［作用および発明の効果］ 第１の発明では、触媒機能を有する発熱抵抗体がセラミ
ック基板に印刷されている。従って、燃焼時に発生する
熱をセラミック基板に放散させることができるため、燃
焼に伴う発熱抵抗体の温度１昇を抑制することができる
。また、可燃性ガスの燃焼温度を、触媒である発熱抵抗
体によって直接検出することができる。このため、検出
された燃焼温度に基づいて、発熱抵抗体の電流値を速や
かに制御することができ、燃焼温度を容易に制御するこ
とができるため、さらに温度」−界を抑えることができ
る。従って、高濃度の可燃性ガスの検出に使用してもセ
ンサは過熱しないため、高’ＩＡ　１．ｆの可燃性ガス
の濃度検出用にも使用できる。

第２の発明では、触媒作用を伴う第１の発熱抵抗体の発
熱温度はその抵抗値に基づいて一定温度に制御され、可
燃性ガスの温度変化と気体の流速あるいは温度変化に応
じて消費電力が変化する。

一方、触媒機能を有しない第２の発熱抵抗体の発熱温度
もその抵抗値に基づいて一定温度に制御されるが、消費
電力は気体の流速と温度の変化に応じてのみ変化し、可
燃性ガスの濃度変化に応じては変化しない。このとき、
触媒機能を有する第１の発熱抵抗体は一定温度に制御さ
れているため、触媒作用が温度によっ゛Ｃ変化すること
はない。従って、第１の発熱抵抗体の消費′１電力と第
２の発熱抵抗体の消費電力とから、可燃性ガスの濃度を
求めることができ、このとき流速の変化および気温の変
化に対する浦正をすることができる。従って、精度の良
い濃度検出を行うことができる。

［実施例コ 次に本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図から第３図は、本発明に係る可燃性ガスの濃度検
出装置のセンサの第１実施例を示す。

第１図に示すセンサ素子１は、アルミナまたはシリカ−
アルミナを約１５５０°Ｃで焼成した薄板形状のセラミ
ック製の基板２に、白金、ロジウムまたはパラジウム等
を主成分とする抵抗体３がベースｌ−印刷法によ・）’
Ｃ印刷されたものである。これは、可燃性ガスの濃度検
出のなめにヒータとして通電され、基板２に抵抗体３と
して印刷された白金、ロジウムまたはパラジウムの触媒
作用によって可燃性ガスを燃焼させるとともに、抵抗体
３の抵抗値が検出されてその温度が一定温度に制御され
るものである。

また、センサ素″Ｆ４は、センサ素Ｔ−１と全く同じ構
成による基板５と低抗体６とからなるもので、抵抗体６
はその触媒機能をなくすために、鉛雰囲気で表面処理さ
れたものである。このセンサ素そ４は、気体の流速ある
いは気温が変化した際の温度補償をするために使用され
るもので、低抗体６は、センサ素子１と同様にヒータと
して通電されるとともに、その抵抗値に基づいて一定温
度に制御される。

センサ素子１の抵抗体３の両端には、通電用のリード線
７．８がはんだ付けあるいはろう付は等によりそれぞれ
接続され、センサ素子４の抵抗体６の一端には、抵抗体
３の一端に接続されたり一ド線８が、他ｆｄ１１にはリ
ード線９がそれぞれ接続されている。

各センサ素子１．４は、第２図に示ｔとおり、各低抗体
３．６が面するように間隔を置いて配され、取り付は用
部材としＣの六角ボルト１０等に、樹脂セメン１〜等の
固着剤によって同名され、風の７５饗を避けるためや、
燃焼が伝播しないようにするために金網１１で覆われて
いる。

また、各センサ素子１．４を、第３図に示すように、各
基板２．５の抵抗体３．６が印刷されていない面どうし
を合わせ°ζ一体的定配し°ζもよい。

この場合には、基板を２枚設けないで、１枚の基板の表
裏にそれぞれ抵抗体を印刷してもよい。さらに、基板を
煙う金網１１の代わりとして、缶状のプロテクター１２
を設け、プロデクター１２には通気用の穴１２ａを設け
るようにしてもよい。

次に本発明のセンサの第２実施例を第４図がら第６図に
示す。

これは、第４図に示すとおり、第１実施例と同様の組成
のセラミック製の基板１３の片面に白金ヒータとしての
２つの抵抗体１４と抵抗体１５をともに連続して印刷し
、抵抗体１４には、第５図に示ｒように、アルミナまた
はムライトからなるコート剤１６をコーティングして多
孔質保護層を形成し、他方、抵抗体１５には、抵抗体１
５の触媒機能をなくすために、ガラス質を混合したコー
ト剤１７をコーティングして気密雪保護層を形成しであ
る。

各コート剤１６．１７にはいずれも平均粒径約１．６［
、ｃｚｍ］、比表面積約２ｎ（／ｇのアルミナが用いら
れ、コート剤１７のガラス質には、Ｓｉ　　。

０２　、ＭｇＯ，ＣａＯのうち少なくとも一種類が８重
量％含まれるものである。

このように異なる性質のコート剤１６．１７がそれぞれ
コーティングされた基板１３は、リード線７．８．９が
接続された後に、第６［ｉ′Ｉに示すとおり、上記実施
例と同様に取り付は用部材としＣの六角ボルト１０等に
、樹脂セメンｌ−等の固着剤によっ゛Ｃ固着され、プロ
テクター１２によ−って保護される。

上記の第１および第２実施例に示される各センサは、例
えば自動車のキャニスタ内に六角ボルト１０によって固
定される。

以上の構成からなる各センサは、第７図にその回路を示
す本発明に係る可燃性ガスの酒度検出装７Ｉ２０のセン
サとして代用される。

この濃度検出装置２０は、燃焼検出回路３０、補償用回
路４０、演算回路５０からなる。

燃焼検出回路３０は、触媒機能を有し発熱体でもある抵
抗体３１を抵抗３２と直列接続するとともに、抵抗３３
と抵抗３４とからなる直列回路を並列接続してブリッジ
回Ｉｉ！８３５を栴成し、抵抗体３１と抵抗３２との接
続点Ａと、抵抗３３と３４との接続点Ｂのそれぞれ接地
極Ｃに対する電位を、オペアンプ３６およびトランジス
タ３７によって同じに制御することにより、抵抗体３１
の温度を一定温度に制御する。

この燃焼検出回路３０では、抵抗体３１への通・電によ
る発熱、およびその触媒作用による燃焼が行われるが、
抵抗体３１の抵抗値に応じて通電電流が制御され、燃焼
量が増加すると通電電流が減少するように制御される。

さらに抵抗体３１は、セラミック基板の上に設けられて
いるので、燃焼時に発生する熱がセラミック基板に放散
するため、燃焼が加速されたり温度制御が不能になった
りすることはない。ここでは、抵抗体３１の消費電力は
、検出される可燃性ガスの濃度に応じて変化するととも
に、気体の流速あるいは気温の変化に応じても変化する
。

補償用回路４０は、発熱体であるが触媒機能を有さない
抵抗体４１を抵抗４２と直列接続するとともに、抵抗４
３と抵抗４４とからなる直列回路を並１列接続して燃焼
検出回路３０と同様なブリッジ回路４５を構成し、抵抗
体４１と抵抗４２との接続点りと、抵抗４３と４４との
接続点ｐ〕のそれぞれ接地極Ｃに対する電位を、オペア
ンプ４６およびトランジスタ４７によって同じに制御す
ることにより、抵抗体４１の温度を一定温度に制御する
。

補償用回路４０では、触媒機能のない抵抗体４１の温度
を制御しているため、気体の流速あるいは気温の変化に
応じてのみ消費電力が変化する。

演算回路５０は、燃焼検出回路３０と補償用回路４０の
各抵抗体３１．４１の消！−電力をそれぞれ示す接続点
Ａ、Ｄにおける各印加電圧から、可燃性ガスによる電力
のみを求めるものである。すなわち、可燃性ガスが存在
しない場合には、気体の流速あるいは気温が変化すると
抵抗体３１の印加電圧と抵抗体４１の印加電圧はともに
変化するが、可燃性ガスが存在する場合には、抵抗体３
１の印加電圧の変化と、抵抗体４１の印加電圧の変化と
が異なるため、これらの信号から１１燃性ガスの濃度信
号を求めることができる。

演算回路５０では、接続点Ａと接続点りとの電圧差をオ
ペアンプ５１によって差動増幅し゛Ｃ濃度検出信号とし
て出力する。

なお、濃度検出装置２０における、抵抗体３１および抵
抗体４１は、」、記センサの第１実施例においては、抵
抗体３および６にそれぞれ相当し、第２実施例において
は、抵抗体１４および抵抗体１５に相当するものである
。

以上の構成からなる可燃性ガスの濃度検出装置２０は、
次のとおり作用する。

可燃性ガスの濃度が検出される気体の流速および温度の
変化がない場合には、抵抗体４１の消費電力は可燃性ガ
スが存在しても存在しなくても全（変イヒしない。これ
に対し、抵抗体３１は、通電による発熱と触媒作用によ
って可燃性ガスを燃焼させる反応熱により加熱される。

しかし、燃焼にｆｌ−って発生する熱に対応して、抵抗
体３１への通電電流を減少さぜζ、抵抗体３１の抵抗値
を一定にするように制御することにより、はとんど温度
が変化しない。従って、触媒機能が温度によって変化す
ることがないため、その消費電力から濃度検出信号を得
ることができる。

可燃性ガスの濃度が検出される気体の流速あるいは温度
変化がある場合には、抵抗体４１の消費電力は変化する
。

一方抵抗体３１も、気体の流速あるいは温度変化に応じ
て消費電力が変化する。また抵抗体３１は、可燃性ガス
の濃度に応じて消費電力が変化する。従って、このとき
変化する抵抗体３１の消費電力には、温度変ｆヒによる
変化分と可燃性ガスによる変化分とが含まれている。し
かし、流速あるいは温度変化による変化分は、抵抗体４
１の変化分と辛く同一であるため、可燃性ガスによる変
（ヒ分だけを求めることができる。このとき、抵抗体３
１は一定温度に維持されているため、触媒作用は一定温
度において行われることになる。

以」のとおり、本発明のセンサでは、触媒作用を有する
白金が発熱体としてセラミック基板面に印刷されている
とともに、検出用抵抗体として使用されるため、その抵
抗値に基づいて発熱量の制御を行うことができ、また、
触媒作用によって燃焼が行われてもセンサ温度が−Ｌ昇
することはない。

従って、高濃度の可燃性ガスの濃度検出に使用すること
ができる。

本発明の可燃性ガスの濃度検出装置では、可燃性ガスを
燃焼させる触媒の温度が一定に制御されるため、可燃性
ガスの濃度によって触媒温度が変化して触媒能力が変化
針ることかない。また、流速あるいは気温の変１ヒによ
る影響は、独立した補償用の四路で検出されるため、精
度のよい濃度検出信号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図はいずれも本発明のセンサの第１実施
例を示し、第１図はセンサ基板を示す分解下面１′閾、
第２図はその組み付は状態を示す一部を切り欠いた側面
図、第３図は他の組み付は状態を示す一部を切り欠いた
側面図、第４図から第６図はいずれもセンサの第２実施
例を示し、第４図および第５図はセンサ基板の製造工程
３示す１）面図、第６図はその組み付は状態を示Ｖ一部
を切り欠いた側面図、第７図は本発明にかかるｉ１燃性
ガスの濃度検出装置を示す回路図、第８図は従来のセン
サを示す斜ＰＡ図、第９図は従来の用燃性ガスの濃度検
出装置を示す回路図である。 図中、１・・・センサ素子（センサ）、２・・・基板、
３・・・抵抗体（発熱抵抗体、触媒、検出用抵抗体）、
２０・・濃度検出装置（用燃性ガスの濃度検出装置）、
３１・・・抵抗体く第１の発熱抵抗体）、４１・・・抵
抗体（第２の発熱抵抗体）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）発熱抵抗体を通電加熱し、触媒の作用によって可燃
   性ガスを燃焼させるとともに、該燃焼による発熱量を検
   出して前記可燃性ガスの気体中の濃度を検出する可燃性
   ガスの濃度検出装置のセンサにおいて、 該センサは、セラミックにより成型された基板と、該基
   板に印刷された発熱抵抗体とからなり、該発熱抵抗体は
   触媒機能を有するとともに前記発熱量を検出する検出用
   抵抗体としても使用されることを特徴とする可燃性ガス
   の濃度検出装置のセンサ。 ２）発熱抵抗体を通電加熱し、触媒の作用によって可燃
   性ガスを燃焼させるとともに、該燃焼による発熱量を検
   出して前記可燃性ガスの気体中の前記気体中には触媒機
   能を有する第１の発熱抵抗体と、触媒機能を有しない第
   ２の発熱抵抗体とが配され、前記第１の発熱抵抗体およ
   び前記第２の発熱抵抗体はそれぞれの抵抗値に基づいて
   一定温度に制御されるとともに、前記可燃性ガスの濃度
   は、前記第１の発熱抵抗体の消費電力および前記第２の
   発熱抵抗体の消費電力に基づいて検出されることを特徴
   とする可燃性ガスの濃度検出装置。