JPH01312456A - 雰囲気検出器制御装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、検出部に例えば半導体ガスセンリ・温度セン
サ等を用いた雰囲気検出器の制御装置に関する。

（従来の技術） 従来の雰囲気検出器制御装置を、ガス警報器の制御装置
を例にとり、第９図を用いて説明する。

ガス警報器に用いられるガス検出部は、最近の半導体工
学の発展により、半導体ガスセンサで構成されているも
のが多い。この半導体ガスセンサは、半導体からなる感
応体の抵抗値が、被検知物であるガスの吸着度に対応し
て起る変化をガス濃度の検出信号として取出すようにし
たちのである。

第９図中、１０１は、このＪ：うな半導体からなる感応
体１０２が備えられたガス検出部であり、感応体１０２
は、所定温度の高温下であることが感ガス動作の条件で
あるため、ガス検出部１０１には、加熱用のヒータコイ
ル１０３が内蔵されている。感応体１０２と他の３個の
抵抗１０４．１０５．１０６とでブリッジ回路が構成さ
れ、このうち、抵抗１０５．１０６で基準濃度に対応し
た基準電圧が作り出されている。そして、ガス検出部１
０１で検出したガス濃度に対応した電圧と上記の阜準市
圧とが］ンパレータ１０７で比較され、検出ガス濃度が
基準濃度以上のとき、その］ンパレータ１０７からの出
力により、スピーカ１０Ｆ３から警報が発せられるよう
になっている。

上述のようなガス警報器に対し、電源部１１０が、通電
制御回路１２０を介して接続されている。

電源部１１０は、トランス１０９とダイオード１１１及
びコンデンサ１１２からなる整流回路とにより、商用電
源から供給された交流電力を直流電圧に変換して通電制
御回路１２０へ出力するようになっている。

前述のガス検出部１０１は、ヒータコイル１０３への印
加電圧が変化すると、感応体１０２の温度が変化してそ
の抵抗値が変化し、第６図に示す３ノン）に、検知対象
どなるガスの選択性が変化する。

このため、ヒータコイル１０３への印加電圧の変化は、
ガス警報器の誤動作の原因になる。したがって、ヒータ
コイル１０３へは、高精度に制御された定電圧を印加す
る必要があり、通電制御回路１２０には、ツェナーダイ
オード１１３及びトランジスタ１１７′Ｉの作用により
、定電圧機能が備λられている。また、この定電圧は、
前述のブリッジ回路、コンパレータ１０７及びスピーカ
１０８にも加えられている。

ところで、ヒータコイル１０３への電圧を印加せずに感
応体１０２を￥温のままでおくと、雰囲気中から感応体
１０２に付着したガスは、離脱げることができない。こ
のため、ヒータコイル１０３への通電開始直後は、ガス
検出部１０１は付着したガスを検知することになる。そ
して、ヒータ」イル１０３の加熱により感応体１０２が
高温になることで、付着したガスが離脱し、第７図の特
性線で示づ−ように、通電開始から時間の経過とともに
、感応体１０２は、雰囲気のガスＱ度に対応した抵抗ｆ
ｉａを示すようになる。そして、ヒータ」イル１０３へ
の印加電圧をより高くすると、感応体１０２はより高温
になり、付着したガスがより〒く離脱し、ヒータコイル
１０３への通電開始から、ガス検出部１０１が雰囲気の
ガスｍ麿を示すまでにかかる時間はより短かくなる。第
７図の両特性線中、特性線ａは、ヒータ印加電圧が高い
場合、他の特性線すは低い場合を示している。

このように、雰囲気のガス濃度を検知するのに適したヒ
ータコイル１０３への印加電圧値と、感応体１０２に付
着したガスを離脱させるのに適したヒータコイル１０３
への印加電圧値とは異なるので、通電制御回路１２０に
は、電源部１１０からの■電源線路とツエナーダ、イオ
ード１１３０カソードとの間に、抵抗１１５と並列に、
通電開始時から所要時間を規定するだめのコンデンサ１
１６が接続されている。そしＣ１第８図に示すように、
ヒータコイル１０３への電圧印加を開始した直後は、コ
ンデンサ１１６が充電されるまでの間、雰囲気のガスｍ
度を検知している時より高い電圧がヒータコイル１０３
へ印加されるようになっている。このようにして、ガス
検出部１０１が、ヒータコイル１０３への通電開始時か
ら、゛雰囲気のガスａ度を示すまでにかかる時間が短か
くなるようにされている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上述のガス警報器の制御装置にあっては、商
用電源の電圧が昼夜で差があることや、商用電源の出力
インピーダンスのばらつきから、ヒータコイル１０３へ
の電圧印加を開始した直後は、その印加電圧値にばらつ
きが生じることがある。そして、印加電圧が高い時は、
ガス検出部１０１が？３渇になり過ぎて破損するおそれ
があり、また、印加電圧が低い時は、通電制御回路が備
えられていても、ヒータコイル１０３への電圧印加開始
から、ガス検出部１０１が雰囲気のガス濃度を示すまで
にかかる時間が長くなってしまうという不具合があった
。

また、ガス警報器は、近年、コンパレータを用いたり、
警報をいくつものＬＥＤの表示の組合せで行うためのロ
ジックＩＣを用いるなどＩＣ化されでいるが、上述の制
御装置では、通電制御回路がコンデンサを構成要素とし
ていたため、ＩＣ化することが難しかった。

本発明は上記事情に基づいてなされたもので、検出部へ
の給電開始時から所要時間の経過前及び経過後における
電源部の出力電圧を、それぞれ所要値に制御することが
でき、また、ＩＣ化の容易な雰囲気検出器制御装置を提
供することを目的とする。

し発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するために、所要の電圧が給電
された状態で被検知物の作用量に応じて電気的特性が変
化する検出部に当該所要の電圧を給電する電源部と、前
記検出部への給電電圧に対応した電圧と基Ｑ電圧とを比
較し該比較結果に基づいて前記電源部の出力電圧を所定
値に制御する電源電圧制御手段と、前記電源部による前
記検出部への給電開始時から所要時間の間前記電源１圧
制御手段における比較系を可変して１１す記電源部の出
力電圧を前記所定値とは異なった所要値に制６１１する
タイマ手段とを有することを要旨どする。

（作用） 検出部への給電開始時から所要時間経過後の定常検出時
においては、電源電圧制御手段により、検出部への給電
電圧に対応した電圧と基準電圧とが比較され、その比較
結果に基づいて電源部の出力電圧が所要値に制御される
。

また、検出部への給電開始時から所要時間の間は、タイ
マ手段により、電源電圧制御手段における比較系が可変
され−Ｃ，電源部の出力電圧が、前記の所定値とは異な
った所要の高い電圧値に制御され、検出部が雰囲気中の
被検知物濃度を示すまでに要する時間が所望の時間に類
縮される。

〈実施例〉 以下、この発明の実施例を第１図から第５図までに基づ
いて説明する。この実施例は、ガス検出器の制御装置に
適用されている。

まず、雰囲気検出器制御装置の構成を説明すると、感応
体２及びヒータコイル３が備えられたガス検出部１、感
応体２と他の３個の抵抗４．５．６とで構成されたブリ
ッジ回路、コンパレータ７及びスピーカ８等からなるガ
ス警報器の部分は、前記第９図のものとほぼ同様に構成
されている。

そして、上述のガス警報器に対し、電源部としてのリン
キング・チョーク・コンバータ式スイッチングレギュレ
ータ（以下、単にスイッチングレギュレータという）１
０が、電源電圧制御手段としての比較回路２０を介して
接続されている。

スイッチングレギュレータ１０は、商用交流を、ダイオ
ード１１及びコンデンサ１２で直流電圧に変換し、これ
を発振回路１３で駆動されるスイッチングトランジスタ
Ｑ１により一旦パルス状の電圧とし、さらにこのパルス
状の電圧を出力チョークコイルを兼ねたトランス１４を
介してダイオード１５及びフィルタを構成するコンデン
サ１６により所要の直流電圧に変換して出力するように
構成されている。

また、比較回路２０には、検出部１への印加電圧ｖｈを
２個の抵抗１７と１８で分圧した当該印加電圧ｖｈに対
応した電圧Ｖｂ＋　と、基準電圧発生回路３０で生成し
た基準−電圧ｙｒｅｔ’とを比較し、その差電圧を非反
転増幅するオペアンプ１９が備えられている。２１．２
２はそれぞれオペアンプ１９の入力抵抗及びフィードバ
ック抵抗である。そして、オペアンプ１９の出力端子が
抵抗２３を介して制御用のトランジスタＱ２のベースに
接続され、このトランジスタＱ２のコレクタがスイッチ
ングレギュレータ１０におけるスイッチングトランジス
タＱ１のベースに接続されている。

そして、検出部１の給電開始時から所要時間の間は、ヒ
ータコイル３への印加電圧を所要の高い電圧値に制御す
るため、上記の比較回路２０には、次のようなタイマ手
段が付設されている。即ら、抵抗２４とトランジスタＱ
３とを直列接続したものが、抵抗１８に並列接続され、
そのトランジスタＱ３のベースに、タイマ４０が接続さ
れている。

タイマ４０により、ヒータコイル３への通電開始時から
所要時間が計時され、その所要時間の間タイマ４０から
の駆動信号によりトランジスタＱ３がオンに転じて抵抗
２４が抵抗１８に並列に入り、比較回路２０にお（）る
比較系の分圧比が可変されるようになっている。

また、比較回路２０における抵抗１７と１８による印加
電圧ｖｈの分圧点には、ガス検出動作時のヒータコイル
３への印加電圧ｈと、ヒータコイル３への通電開始直後
の所要時間の間そのヒータコイル３への印加電圧を、（
Ｃチップ外でそれぞれ独立に調節するためのプルアップ
抵抗２５及びプルダウン抵抗２６が接続されている。抵
抗１７．１８．２５．２６の各抵抗値をＲ１７、ＲＩ　
ｓ　、Ｒ２ｓ　、Ｒ２ａとすると、Ｒ２５：Ｒ２Ｂ　＝
ＲＩ　７　　：ＲＩ　８に選ばれている。２７はプルア
ップ用スイッチ、２８はプルダウン用スイッチである。

次に、上述のように構成された雰囲気検出器制（！１］
装置の動作を、検出部１への給電開始時から所要時間経
過後のガス検出動作時と、所要時間経過前のヒータコイ
ル３の加熱時とに分けて説明する。

まず、検出部１への給電開始時から所要時間経過後のガ
ス検出動作時には、タイマ手段における１ヘランジスタ
Ｑ３はオフ状態となっている。そして、比較回路２０に
お番ノる各抵抗１７．１８．２１．２２．２３の各抵抗
値をそれぞれＲＩ７　、ＲＩ　ａ　、Ｒ２＋　、　Ｒ２
２、Ｒ２３とすると、２ｇ１の抵抗１７．１８で構成さ
れた印加電圧ｈ分圧回路の分圧点には、次式で示される
ような当該印加電圧ｖｈに対応した電圧Ｖｔｌ＋が現れ
る。

Ｖｈ＋　＝Ｖｈ・（ＲＩ　ｓ　／　（ＲＩ　７　＋Ｒ＋
　ａ　））・・・（１） オペアンプ１９では、この印加電圧に対応したｆｆ１ｉ
圧Ｖ１１１　と基準電圧Ｖｒｅｆとが比較され、その差
電圧が増幅されて次式で示すような出力電圧ｖＯｕｔが
得られる。

ＶＯＬＪｉ＝Ｖｒｅｆ＋１ｌｌ（ＶＦ１＋　　　Ｖｒｅ
ｆ）・Ｒ２２／Ｒ２＋　　）・・・〈２） したがって、この出力電圧Ｖｏｕｔにより、１〜ランジ
スタＱ２のベースには、次式で示される電流１ｏｕｔが
流れる。

１ｏｕ　ｔ−ｖｏｕ　ｔ／Ｒ２３−（３）ここで非反転
増幅を行うオペアンプ１９の増幅率を人にするため、Ｒ
２２＜：Ｒ２＋　とすると、上記（３）式の１ｏｕｔは
、 Ｖ　Ｆ）１−　Ｖ　ｒ　ｅ　ｆ　＞　Ｏ−（４）のとき
に大になり、 Ｖ　ｈ＋　　Ｖ　ｒ　ｅ　ｆ　＜　Ｏ−（５）のときは
ゼロとなる。

そして、印加電圧に対応した電圧Ｖｈ＋　　と基準電圧
Ｖｒｅｆとの関係が上記〈４）式の関係になると、オペ
アンプ１９から前記（３）式で示される電流１ｏｕｔが
出力され、この電流１ｏｕｔがトランジスタＱ２で増幅
される。次いで、このトランジスタＱ２のコレクタ電流
の増大により、スイッチングレギュレータ１０における
スイッチングトランジスタＱ１のベース流入電流が小と
なるように抑制されてトランス１４の一次側に流れる電
流振幅が抑制される。

このような、フィードバック作用により、ヒータコイル
３への印加電圧ｖｈは、 ■ｈ＝■ｒｅｆ　・（ＲＩ　７　＋Ｒ＋　ａ　）／Ｒ１
８・・・（６） で一定となるように制御される。

第２図は、前記（４）、（５）式で示ずようなヒータコ
イル３への印加電圧ｖｈと基準電圧ｖｒｅｔ’との関係
により、上記のフィードバック作用により電源部として
のスイッチングレギュレータ１０の出力電圧を抑制すべ
き領域と、非抑制領域とを示している。

このようにして、電源部としてのスイッチングレギュレ
ータ１０から一定値に制御された出力電圧が、ガス検出
部１におけるヒータコイル３及び感応体２、ブリッジ回
路、コンパレータ７及び比較回路２０等に供給されるこ
とにより、雰囲気中の被検知物であるガスが精度よく検
出される。

次いで、検出部１への給電開始時から所要時間経過前の
ヒータコイル３の加熱時の動作を説明する。

前述のように、ヒータコイル３へ電圧を印加せずに感応
体２を室温のままでおくと、雰囲気中から感応体２に付
着したガスは、離脱することができない。このため、ヒ
ータコイル３への通電開始直後は、ガス検出部１は付着
したガスを検知することになる。そして、ヒータコイル
３の加熱により１へ応体２が高温になることで、付着し
たガスが離脱し、通電開始から時間の経過とともに、感
応体２は、雰囲気のガス濃度に対応した抵抗値を示すよ
うになる。そして、ヒータコイル３への印加電圧をより
高くすると、感応体２はより高温になり、付着したガス
がより早く離脱し、ヒータコイル３への通電開始からガ
ス検出部１が雰囲気のガス濃度を示寸までにかかる時間
はより短かくなる。

このような、ヒータコイル３への通電開始から所要時間
の間、スイッチングレギュレータ１０の出力電圧を高め
る手段として比較回路２０にタイマ手段が付設されてい
る。

そして、第３図のく８）、＜ｂ＞、（Ｃ）に示すように
、ヒータコイル３への通電開始時から、タイマ４０によ
り所定時間ｔ３が計時され、この間、その駆動信号出力
によりトランジスタＱ３がオンに転じる。

このトランジスタＱ３のオンにより、抵抗２４が、抵抗
１８に並列に入り、比較回路２０では、ヒータコイル３
への印加電圧ｖｈをこの２個の抵抗１８．２４の並列合
成抵抗と、抵抗１７との比で分圧した電圧と、基準電圧
ｖｒｅｆとが比較され、その差電圧がオペアンプ１９で
増幅される。この結果、スイッチングレギュレータ１０
から出力されるヒータコイル３への印加電圧は、次式で
示されるようなＶｈｕｐに高められる。

Ｖ　ｂ　ｕ　ｐ　＝　Ｖ　ｒ　ｅ　ｆ ・〔Ｒ１７・（Ｒ＋　ａ　＋Ｒ２４） ＋Ｒ＋　ａ　　６Ｒ２４） ／（Ｒ＋ｓ　　・Ｒ２４）　・・・（７）このように、
ヒータコイル３への通電開始から所定時間ｔ３の間、ヒ
ータコイル３への印加電圧か高められて検出部１が雰囲
気中の被検知物であるガスのｉ１１度を承りまでに要す
る時間が短縮される。

また、上述のガス検出動作時等において、プルアップ用
又はプルダウン用のスイッチ２７．２８を操作りると、
比較回路２０における比較系としての分圧比がさらに可
変されて、ヒータコイル３への印加電圧が、さらに幅広
く調部される。第４図及び第５図は、このプルアップ及
びプルダウンの動作を示すもので、第４図はプルアップ
又はプルダウン用のスイッチ２７．２８を各別にオン操
作した場合、第５図は両スイッチ２７．２８を同時にオ
ン操作した場合である。

そして、上述した本実施例の制御装置は、ヒータコイル
３への印加電圧の切替え回路が抵抗１７．１８．２４及
び１〜ランジスタＱ３等で構成され、前記第９図の装置
のようにコンデンサを構成要素としていないので、［Ｃ
化が容易になるという利点を有している。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、検出部への給
電開始時から所要時間経過後の定常検出時には、電源電
圧制御手段により、検出部への給電電圧に対応した電圧
と基準電圧とが比較され、その比較結果に基づいて電源
部の出力電圧が所定値に制御されるので、雰囲気中の被
検知物を精度よく検出することができる。また、検出部
への給電開始時から所要時間の間は、タイマ手段により
、電源電圧制御手段における比較系が可変されて電源部
の出力電圧を前記の所定値とは異なった所要値に制御す
ることができるので、この所要時間の問は、電源部の出
力電圧を所要の高い電圧値に制御することができて、検
出部が雰囲気中の被検和物濃度を示すまでに要する時間
を所要時間に７．ｎ縮することができるという利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図までは本発明に係る雰囲気検出器制御
装置の実施例を示すもので、第１図は回路図、第２図は
ヒータコイルへの印加電圧に応じた電源部の出力抑制領
域及び非抑制領域を示す図、第３図は検出部への印加電
圧の切替えタイミングを説明するためのタイミングチャ
ート、第４図及び第５図はプルアップ又はプルダウン操
作したときの検出部への印加電圧の変化を示す特性図、
第６図は検出部におけるヒータコイルへの印加電圧によ
る検知対象であるガスの選択性を示す特性図、第７図は
印加電圧を変えたときの通電開始時から検出部の抵抗値
変化を示す特性図、第８図は従来のガス警報器のヒータ
コイルへの印加電圧の過渡特性を示す特性図、第９図は
従来のガス警報器の制御装置を示す回路図である。 １：がス検出部、　　２：感応体、 ３：ヒータニ」イル、 １０ニリンヤング・チョーク・］］ンバータ式スイッｆ
−ングレギ：Ｌレータ電源部）、２０：比較回路〈電源
電圧制御手段）、４０ニタイマ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所要の電圧が給電された状態で被検知物の作用量に応じ
   て電気的特性が変化する検出部に当該所要の電圧を給電
   する電源部と、前記検出部への給電電圧に対応した電圧
   と基準電圧とを比較し該比較結果に基づいて前記電源部
   の出力電圧を所定値に制御する電源電圧制御手段と、前
   記電源部による前記検出部への給電開始時から所要時間
   の間前記電源電圧制御手段における比較系を可変して前
   記電源部の出力電圧を前記所定値とは異なつた所要値に
   制御するタイマ手段とを有することを特徴とする雰囲気
   検出器制御装置。