JPH095283A - ガス濃度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コストアップを招くことなく高い精度でガス
濃度を検出することのできるガス濃度検出装置を提供す
る。 【構成】 同一構成のガス検知素子１ａと温度検知素子
１ｂに定電流源２１から定電流を流して駆動する。ガス
検知素子の両端電圧を一定ゲインの増幅手段２７で増幅
後Ａ／Ｄ変換してガス濃度を検知する。温度検知素子の
両端電圧を一定のゲインの増幅手段２４で増幅後Ａ／Ｄ
変換して周囲温度を検知する。ガス濃度電圧シフト手段
２７ａがＡ／Ｄ変換した増幅前のガス検知素子の両端電
圧に応じて、ガス検知素子の両端電圧を多段階シフトす
る。濃度検出手段２３−１が、ガス濃度電圧シフト手段
によってシフトしたガス検知素子の両端電圧のＡ／Ｄ変
換値と、ガス濃度電圧シフト手段のシフト量と、温度補
正量とにより、ガス濃度を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＣＯのような可燃性のガ
スを検知する接触燃焼式センサを使用してガス濃度を検
出するガス濃度検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、接触燃焼式センサとして、白金線
を使用して同一構成に形成した２つの素子の一方をセン
サ素子、他方を基準素子として直列に接続し、この直列
接続したセンサ素子と基準素子に定電流源から一定の電
流を流して駆動すと共に、センサ素子をガス検知素子、
基準素子を温度検知素子として動作させるようにしたも
のが知られている。ガス検知素子は検知したガス濃度に
応じた大きさの抵抗値を示すだけでなく、周囲温度によ
っても抵抗値が変化するので、このようなセンサを使用
したガス濃度検出装置では、温度検知素子によって周囲
温度を検知し、この検知した温度によって、ガス検知素
子の抵抗値を補正してガス濃度を検知することが必要で
ある。

【０００３】このために従来、温度検知素子の両端電圧
をＡ／Ｄ変換して読み取って純粋に温度に応じた成分を
含む温度電圧データを得て温度を検知すると共に、ガス
検知素子の両端電圧をＡ／Ｄ変換して読み取って検知ガ
スの濃度に応じた成分を含む濃度電圧データを得、この
濃度電圧データを検知温度によって補正することによっ
て検知ガスの濃度を検出するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、Ａ／Ｄ変換器
の入力電圧許容範囲には制限があるので、濃度と温度に
起因して大きく変化するセンサ出力信号を入力電圧許容
範囲内に入るように増幅できるゲインには限りがある。
また、ガス濃度を高い精度で検出するために分解能を上
げるには、ビット数の多いＡ／Ｄ変換器を使用すればよ
いが、ビット数の多いＡ／Ｄ変換器は一般に高価であ
り、装置のコストアップを招く。

【０００５】よって本発明は、上述した従来の問題点に
鑑み、コストアップを招くことなく高い精度でガス濃度
を検出することのできるガス濃度検出装置を提供するこ
とを目的としている。

【０００６】また本発明は、上述した従来の問題点に鑑
み、出力特性に大きな温度依存性を有するガス検知セン
サを使用したものにおいて、コストアップを招くことな
く高い精度でガス濃度を検出することのできるガス濃度
検出装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明により成されたガス濃度検出装置は、図１の基本
構成図に示すように、同一構成に形成した２つの素子１
ａ，１ｂの一方１ａをガス検知素子、他方１ｂを温度検
知素子として直列に接続し、該直列接続したガス検知素
子と温度検知素子に定電流源２１から一定の電流を流し
て駆動し、検知ガス濃度に応じて抵抗値が変化する前記
ガス検知素子の両端電圧を一定のゲインの濃度用増幅手
段２７で増幅後Ａ／Ｄ変換してガス濃度を検知すると共
に、周囲温度に応じて抵抗値が変化する前記温度検知素
子の両端電圧を一定のゲインの温度用増幅手段２４で増
幅後Ａ／Ｄ変換して周囲温度を検知し、前記検知ガス濃
度を前記検知周囲温度によって温度補正して濃度検出手
段２３−１がガス濃度を検出するガス濃度検出装置にお
いて、増幅前の前記ガス検知素子の両端電圧をＡ／Ｄ変
換して得た値の大きさに応じて、前記ガス検知素子の両
端電圧を多段階シフトする第１のガス濃度電圧シフト手
段２７ａを備え、前記濃度検出手段が、前記第１のガス
濃度電圧シフト手段によってシフトした前記ガス検知素
子の両端電圧のＡ／Ｄ変換値と、前記第１のガス濃度電
圧シフト手段のシフト量と、前記温度補正量とにより、
ガス濃度を検出するようにしたことを特徴としている。

【０００８】前記ガス濃度検出装置が、増幅前の前記温
度検知素子の両端電圧をＡ／Ｄ変換して得た値の大きさ
に応じて、前記温度検知素子の両端電圧を多段階シフト
する温度電圧シフト手段２４ａを更に備え、前記濃度検
出手段が、前記温度電圧シフト手段によってシフトした
前記温度検知素子の両端電圧のＡ／Ｄ変換値と前記温度
電圧シフト手段のシフト量とにより温度を検出し、該検
出した温度により前記温度補正量を求めるようにしたこ
とを特徴としている。

【０００９】前記ガス濃度検出装置が、増幅前の前記温
度検知素子の両端電圧をＡ／Ｄ変換して得た値の大きさ
に応じて、前記ガス検知素子の両端電圧を多段階シフト
する第２のガス濃度電圧シフト手段２７ｂを更に備え、
前記濃度検出手段が、前記第１及び第２のガス濃度電圧
シフト手段によってシフトした前記ガス検知素子の両端
電圧のＡ／Ｄ変換値と、前記第１及び第２のガス濃度電
圧シフト手段のシフト量と、前記温度補正量とにより、
ガス濃度を検出するようにしたことを特徴としている。

【００１０】

【作用】上記構成において、第１のガス濃度電圧シフト
手段２７ａが、増幅前のガス検知素子の両端電圧をＡ／
Ｄ変換して得た値の大きさに応じて、ガス検知素子の両
端電圧を多段階シフトし、濃度検出手段２３−１が、第
１のガス濃度電圧シフト手段によってシフトしたガス検
知素子の両端電圧のＡ／Ｄ変換値と、第１のガス濃度電
圧シフト手段のシフト量と、温度補正量とにより、ガス
濃度を検出しているので、ガス濃度を反映したガス検知
素子の両端電圧を高い分解能で測定することができる。

【００１１】温度電圧シフト手段２７ｂが増幅前の温度
検知素子の両端電圧をＡ／Ｄ変換して得た値の大きさに
応じて、温度検知素子の両端電圧を多段階シフトし、濃
度検出手段が、温度電圧シフト手段によってシフトした
温度検知素子の両端電圧のＡ／Ｄ変換値と温度電圧シフ
ト手段のシフト量とにより温度を検出し、該検出した温
度により温度補正量を求めているので、温度を反映した
温度検知素子の両端電圧を高い分解能で測定することが
できる。

【００１２】第２のガス濃度電圧シフト手段２７ｂが、
増幅前の温度検知素子の両端電圧をＡ／Ｄ変換して得た
値の大きさに応じて、ガス検知素子の両端電圧を多段階
シフトし、濃度検出手段が、第１及び第２のガス濃度電
圧シフト手段によってシフトしたガス検知素子の両端電
圧のＡ／Ｄ変換値と、第１及び第２のガス濃度電圧シフ
ト手段のシフト量と、温度補正量とにより、ガス濃度を
検出しているので、ガス濃度を反映したガス検知素子の
両端電圧をより高い分解能で測定することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２はＣＯガス濃度を検出するように構成された
本発明によるガス濃度検出装置の一実施例を示す回路図
である。同図において、１は白金線を使用して同一構成
に形成したガス検知素子１ａ及び温度検知素子１ｂを直
列に接続して構成した接触燃焼式センサであり、装置本
体２の端子２ａ〜２ｃに接離自在に接続されている。ガ
ス検知素子１ａは検知すべきＣＯガスに感度を有し、温
度検知素子１ｂはＣＯガスに対して感度を有せず周囲温
度のみを検知するように配置される。ガス検知素子１ａ
の一端はＧＮＤ（接地）ラインに接続された端子２ａ
に、温度検知素子１ｂの一端は端子２ｃに、そして両素
子の相互接続点は端子２ｂにそれぞれ接続されている。
５Ｖラインと端子２ｃとの間には定電流源２１が接続さ
れ、温度検知素子１ｂとガス検知素子１ａを通じて一定
の電流を流す。

【００１４】温度検知素子１ｂの両端電圧は、オペアン
プＯＰ１と抵抗Ｒ９〜Ｒ１２とからなる差動増幅回路２
２の反転及び非反転入力に印加されて差分増幅される。
この差分増幅により得られた第１の温度信号は、予め定
めたプログラムに従って処理を行うマイクロコンピュー
タ（μＣＯＭ）２３のＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）２３ａに
入力されると共に、オペアンプＯＰ２と抵抗Ｒ１３〜Ｒ
１７とアナログスイッチＡＳ１及びＡＳ２とからなる反
転増幅回路２４の反転入力に印加されて例えば６５倍の
所定のゲインで増幅される。第１の温度信号はＡＤＣ２
３ａによりＡ／Ｄ変換されてμＣＯＭ２３内に読み込ま
れる。ＡＤＣ２３ａには、ＡＤＣ基準電圧発生器２５か
らＡＤＣの基準電圧例えば３Ｖも印加されている。反転
増幅回路２４で増幅された第２の温度信号もμＣＯＭ２
３のＡＤＣ２３ａに入力され、ＡＤＣ２３ａによりＡ／
Ｄ変換されてμＣＯＭ２３内に読み込まれる。μＣＯＭ
２３は予め定めたプログラムに従って処理を行う中央処
理ユニット（ＣＰＵ）２３ ₁ 、プログラムや固定データ
などを格納したＲＯＭ２３₂ 、各種のデータを格納する
エリアやワークエリアを有するＲＡＭ２３₃ などを内蔵
している。

【００１５】オペアンプＯＰ２の反転入力には加算用電
位ラインの電圧を可変抵抗ＶＲ３により分圧した電圧が
印加され、その非反転入力には演算基準電圧ラインが接
続されて演算基準電圧が印加されている。抵抗Ｒ１４と
アナログスイッチＡＳ１及び抵抗Ｒ１５とアナログスイ
ッチＡＳ２は直列に接続されてオペアンプＯＰ２の反転
入力とＧＮＤラインとの間にそれぞれ接続され、第１の
温度信号に基づいてμＣＯＭ２３により制御されてオペ
アンプＯＰ２の反転入力に印加される電圧を４レンジで
シフトする温度電圧シフト回路２４ａを構成している。
温度電圧シフト回路２４ａのアナログスイッチＡＳ１及
びアナログスイッチＡＳ２はμＣＯＭ２３からのオン・
オフ制御信号によってオン・オフされる。なお、抵抗Ｒ
１４及びＲ１５の大きさは１対２の関係になっている。
なお、上記差動増幅回路２２及び反転増幅回路２４は温
度検知回路を構成している。

【００１６】ガス濃度検知素子１ａと温度検知素子１ｂ
の相互接続点の電圧は、オペアンプＯＰ３と抵抗Ｒ３１
〜Ｒ３３と可変抵抗ＶＲ４とからなる反転増幅回路２６
の反転入力に印加されて反転増幅される。なお、反転増
幅回路２６は図示しないが正負電源で動作されている。
この反転増幅により得られた第１のガス濃度信号は、Ａ
ＤＣ２３ａによりＡ／Ｄ変換されてμＣＯＭ２３内に読
み込まれる。オペアンプＯＰ４と抵抗Ｒ３４〜Ｒ４２と
アナログスイッチＡＳ３及びＡＳ８とからなる反転増幅
回路２７の反転入力に印加されて例えば３６倍の所定の
ゲインで増幅される。反転増幅回路２７で増幅された第
２のガス濃度信号もμＣＯＭ２３に入力され、ＡＤＣ２
３ａによりＡ／Ｄ変換されてμＣＯＭ２３内に読み込ま
れる。オペアンプＯＰ３及びＯＰ４の非反転入力には演
算基準電圧ラインが接続されている。

【００１７】抵抗Ｒ３５及びＲ３６とアナログスイッチ
ＡＳ３及びＡＳ４は加算用電位ラインとオペアンプＯＰ
４の反転入力との間にそれぞれ直列に接続され、第１の
ガス濃度信号に基づいてμＣＯＭ２３によりオペアンプ
ＯＰ４の反転入力に印加される電圧を４レンジでシフト
する第１の濃度電圧シフト回路２７ａを構成している。
第１の濃度電圧シフト回路２７ａのアナログスイッチＡ
Ｓ３及びＡＳ４も、μＣＯＭ２３からのオン・オフ制御
信号によってオン．オフされる。なお、抵抗Ｒ３５及び
Ｒ３６の大きさも１対２の関係になっている。

【００１８】抵抗Ｒ３７〜Ｒ４０とアナログスイッチＡ
Ｓ５〜ＡＳ８の直列回路も加算用電位ラインとオペアン
プＯＰ４の反転入力との間にそれぞれ接続され、第２の
温度信号に基づいてμＣＯＭ２３によりオペアンプＯＰ
４の反転入力に印加される電圧を１６レンジでシフトす
る第２の濃度電圧シフト回路２７ｂを構成している。第
２の濃度電圧シフト回路２７ｂのアナログスイッチＡＳ
５〜ＡＳ８もμＣＯＭ２３からのオン・オフ制御信号に
よってオン．オフされる。なお、抵抗Ｒ３７〜Ｒ４０の
大きさは１対２対４対８の関係になっている。そして、
上記反転増幅回路２６及び２７はガス濃度検知回路を構
成している。

【００１９】以上説明した構成の装置のμＣＯＭ２３に
は、以下に説明する設定値をバクアップ電源なしに保持
できる例えばＥ² ＰＲＯＭからなる不揮発性メモリ２３
ｂが接続されており、その使用に当たって以下のような
手順で設定を行う。

【００２０】先ず、周囲温度２５℃、被検ガス濃度０pp
m の条件の下で以下の設定を行う。センサ１を接続した
後、直列接続したガス検知素子１ａ及び温度検知素子１
ｂに流れる電流が所定値となるように定電流源２１を調
整する。その後、演算基準電圧ラインの電圧値が図示し
ない可変抵抗により所定値となるように、またオペアン
プＯＰ２の出力である第２の温度信号が可変抵抗ＶＲ３
により所定値となるように、更にオペアンプＯＰ４の出
力である第２のガス濃度信号が可変抵抗ＶＲ４により所
定値となるようにそれぞれ調整する。

【００２１】次に、周囲温度２５℃での温度情報を取り
込み不揮発性メモリ２３ｂに書き込む。また、周囲温度
２５℃、被検ガス濃度０ppm で濃度情報を取り込み不揮
発性メモリ２３に書き込む。続いて、周囲温度２５℃、
被検ガス濃度３０００ppm で濃度情報を取り込み不揮発
性メモリ２３に書き込む。そして、周囲温度２２５℃、
被検ガス濃度０ppm での温度情報、濃度情報を取り込み
不揮発性メモリ２３に書き込む。

【００２２】その次に、初期値を把握するため初期デー
タの取り込みを行う。すなわち、周囲温度２５℃で第１
の温度信号を読み込み、この第１の温度信号の読み込み
結果から温度電圧シフト回路２４ａのシフト量、すなわ
ち第２の温度信号の温度に対するシフト量を決定する。
この決定に当たっては予め定められＲＯＭ２３₂ 内に格
納された温度測定レンジチャート、すなわち、温度−レ
ンジ切換情報を利用する。例えばレンジ０は−４０℃〜
＋３５℃であるので、２５℃ではシフト量は０である。
シフト量が決定したら温度電圧シフト回路２４ａのシフ
トを行って第２の温度信号を読み込む。第２の温度信号
は第１の温度信号よりも詳細な温度データであり、この
ときの第２の温度信号の真値はＡＤＣ２３ａの読み取り
値＋シフト量（理論値）である。ＡＤＣ入力に対するシ
フト量は、〔シフトのための基準電圧（加算用電位）／
シフト抵抗値〕＝フィードバック抵抗値である。この結
果を周囲温度２５℃での第２の温度信号に基づく温度基
準値（２５℃）として不揮発性メモリ２３ｂに格納す
る。

【００２３】続いて、周囲温度２５℃、被検ガス濃度０
ppm にて第１のガス濃度信号を読み込み、この読み込み
結果から第１の濃度電圧シフト回路２７ａの濃度補正量
である濃度シフト量及び第２の濃度電圧シフト回路２７
ｂの温度補正量である温度シフト量を決定する。このと
きガス濃度側のシフト量は０であるが、温度側において
は１ビットのシフト量が必要になる。このシフト量の決
定のために、濃度−レンジ切換情報及び温度−レンジ切
換情報をＲＯＭ２３₂ に予め格納しておく。シフト量が
決定したら第１の濃度電圧シフト回路２７ａの濃度シフ
トと、第２の濃度電圧シフト回路２７ｂの濃度温度シフ
トとを行って第２のガス濃度信号を読み込む。このとき
の第２のガス濃度信号の真値はＡＤＣ２３ａの読み取り
値＋濃度シフト値＋温度シフト値であり、この結果を周
囲温度２５℃、被検ガス濃度０ppm での第２のガス濃度
信号に基づく濃度基準値（０ppm 、２５℃）として不揮
発性メモリ２３ｂに格納する。

【００２４】更に、周囲温度２５℃、被検ガス濃度３０
００ppm にて第１のガス濃度信号を読み込み、この読み
込み結果から第１の濃度電圧シフト回路２７ａの濃度シ
フト量及び第２の濃度電圧シフト回路２７ｂの温度シフ
ト量を決定する。この決定したシフト量のシフトを第１
の濃度電圧シフト回路２７ａと第２の濃度電圧シフト回
路２７ｂとについて行いながら第２のガス濃度信号を読
み込む。このときの第２のガス濃度信号の真値はＡＤＣ
２３ａの読み取り値＋濃度シフト値＋温度シフト値であ
り、この結果を周囲温度２５℃、被検ガス濃度３０００
ppm での第２のガス濃度信号に基づく濃度基準値（３０
００ppm 、２５℃）として不揮発性メモリ２３ｂに格納
する。そして濃度基準値（３０００ppm 、２５℃）−濃
度基準値（０ppm 、２５℃）／３０００＝電圧感度／１
ppm ＝ガス感度となり、これを不揮発性メモリ２３ｂに
格納する。このガス感度はガス濃度測定時に相対ガス濃
度から絶対ガス濃度を求めるときに使用する。

【００２５】次に、周囲温度２２５℃で第１の温度信号
を読み込み、この読み込み結果から温度電圧シフト回路
２４ａのシフト量を決定する。シフト量が決定したら第
１の電圧シフト回路２４ａのシフトを行って第２の温度
信号を読み込む。第２の温度信号の真値はＡＤＣ２３ａ
の読み取り値＋シフト量であり、これを温度基準値（２
２５℃）として不揮発性メモリ２３ｂに格納する。２５
℃から２２５℃までの間の電圧／温度の感度＝温度基準
値（２２５℃）−温度基準値（２５℃）となり、１℃当
りの（電圧／温度）感度＝〔温度基準値（２２５℃）−
温度基準値（２５℃）〕／２００＝電圧感度／℃＝温度
係数となり、これを不揮発性メモリ２３ｂに格納する。

【００２６】更にまた、周囲温度２２５℃、被検ガス濃
度０ppm で第１のガス濃度信号を読み込み、この読み込
み結果から第１の濃度電圧シフト回路２７ａのシフト量
を決定する。シフト量が決定したら第１の濃度電圧シフ
ト回路２７ａのシフトを行って第２のガス濃度信号を読
み込む。このときの第２のガス濃度信号の真値はＡＤＣ
２３ａの読み取り値＋濃度シフト値＋温度シフト値であ
り、この結果を周囲温度２２５℃、被検ガス濃度０ppm
での第２のガス濃度信号に基づく濃度基準値（０ppm 、
２２５℃）として不揮発性メモリ２３ｂに格納する。そ
して濃度基準値（０ppm 、２２５℃）−濃度基準値（０
ppm 、２５℃）／２００＝センサの温度係数／℃＝ガス
濃度温度係数となり、これを不揮発性メモリ２３ｂに格
納する。そして、このガス濃度温度係数から必要な１℃
当りの補正量を求めておき、２５℃との温度差分に対す
る補正量を決定するのに利用する。

【００２７】上述した設定作業により、不揮発メモリ２
３ｂには、図３に示すように、温度基準値（２５℃）、
濃度基準値（０ppm 、２５℃）、濃度基準値（３０００
ppm、２５℃）、ガス感度、温度基準値（２２５℃）、
温度係数、濃度基準値（０ppm 、２２５℃）、ガス濃度
温度係数などが格納されるようになっているが、このよ
うに設定値を定めることによって、センサなどの装置構
成部品などのバラツキに左右されない、装置個々に最適
な設定値が設定されるようになる。しかし、装置間のバ
ラツキが少ない場合には、予め定めた設定値を外部から
書き込むようにしてもよい。

【００２８】上述のような設定を行った後に行うガス濃
度の測定について以下説明する。

【００２９】先ず、２５℃との温度差を把握する。この
ために第２の温度信号を測定する。第２の温度信号の測
定は、第１の温度信号を読み取り、その結果から温度シ
フト量を決定し、この決定した温度シフトを行ないなが
ら第２の温度信号（ＡＤＣ値）を読み取ることで行う。
次に、温度Ｔの値を求める。これは、Ｔ＝第２の温度信
号（ＡＤＣ値）＋温度シフト量を計算することによって
行う。続いて、Ｔと２５℃値（第２の温度信号）との差
をΔＴとし、ΔＴ＝Ｔの値−温度基準値（２５℃）を計
算する。次に、温度基準値（２５℃）との温度差を温度
差〔Δ（ｎ−２５℃）〕として、温度差〔Δ（ｎ−２５
℃）〕＝ΔＴ／温度係数＝（２５℃との差）を計算す
る。

【００３０】続いて、ガス濃度温度補正を行う。このた
めに、温度差〔Δ（ｎ−２５℃）〕でガス濃度の温度補
正を行うが、回路上の温度補正を行うとともに、数値的
な補正量（論理補正量）を行う。

【００３１】最後に、濃度測定を行うために、先ず第２
のガス濃度信号を測定する。第２のガス濃度信号の測定
は、第１のガス濃度信号を読み取り、その結果から必要
な濃度シフト量を決定し、この決定した濃度シフトを行
いながら第２のガス濃度信号（ＡＤＣ値）を読み取るこ
とで行う。次に、相対濃度値を、第２のガス濃度信号
（ＡＤＣ）値＋濃度シフト量＋回路上の温度補正量＋論
理補正量を計算して求める。最後に、濃度の絶対値を、
相対濃度値×ガス感度を計算して求める。

【００３２】上述した濃度測定動作をＣＰＵ２３₁ が予
め定めたプログラムに従って行う処理を示す図４のフロ
ーチャートを参照して概略説明すると、最初のステップ
Ｓ１において第１の温度信号の測定と測定結果による温
度電圧シフト回路２４ａのシフト量の決定算出を行って
から第２の温度信号を測定し、次のステップＳ２におい
て温度の値を求める。続いてステップＳ３に進んでステ
ップＳ２において求めた温度の値により第２の濃度電圧
シフト回路２７ｂのシフト量を決定して温度補正を加
え、続くステップＳ４において第１の濃度信号の測定と
測定結果による第１の濃度電圧回路２７ａのシフト量の
決定を行ってからステップＳ５に進んで第２の濃度信号
を測定して濃度を検出する。図４のフローチャートにつ
いて説明したようにＣＰＵ２３₁ は濃度検出手段２３−
１として働いている。

【００３３】例えば被検ガスをＣＯとしてより具体的に
説明すると、センサ１のＣＯガス感度（電圧／ガス濃
度）は１１．５mV／１０００ppm 、温度係数は０．８mV
／℃とかなり大きい。また、動作温度範囲は３００℃
（−４０℃〜２６０℃）であるため、出力電圧変化は３
００℃×０．８mV／℃＝２４０mVとなる。ＡＤＣ２３ａ
の入力レンジは０〜３Ｖに設定され、その分解能は２５
６ビットであるので、出力電圧をそのまま変換するとそ
の分解能は、 ３００℃／２５６ビット＝１．１７２℃／ビット となる。

【００３４】これに対し、反転増幅回路２４の増幅率を
３６倍とし、その入力を４レンジでシフトすると、 ３００℃／４＝７５℃ ７５℃×０．８mV／℃×３６＝２．１６０Ｖ となる。ＡＤＣ２３ａの入力電圧最大値は３Ｖ／２５６
ビットであるので、２．１６０Ｖは１８４ビットとな
り、 ７５℃／１８４ビット＝０．４℃／ビット となって、分解能は向上し、より精度のよい温度測定が
できる。

【００３５】また、濃度検知範囲は０〜６０００ppm で
あり、センサの出力電圧変化に換算すると１１．５mV×
６＝６９mVである。これに対し、センサ１の温度による
出力電圧変化は、３００℃×０．８mV＝２４０mVであ
る。そして、ＡＤＣ２３ａの入力電圧範囲を３Ｖとする
と、上記数値とシフトレンジなどから、上記反転増幅回
路２７の最適な増幅率として６５倍を設定している。上
記要件から、濃度に対する分解能を上げるため、濃度出
力に対する温度補正及び濃度信号に対する階段状のシフ
ト制御を行う。

【００３６】濃度に対する分解能について見ると、ＡＤ
Ｃ２３ａの入力電圧範囲は０〜３Ｖであり、これを濃度
検知範囲の０〜６０００ppm にそのまま当てはめると、
ＡＤＣ２３ａで認識することのできる分解能は６０００
ppm ／２５６ビット＝２３．４３７５ppm ／ビットであ
る。

【００３７】ところで、センサ１が発生する電気信号を
増幅されＡＤＣ２３ａに入力される入力電圧には、濃度
に起因するものと、温度に起因するものとが含まれてい
るので、温度に対する温度補正と、濃度に起因するレン
ジ制御を最適に制御する必要がある。このためのレンジ
切換は、図５に示すような温度補正のためのものと図６
に示すような濃度側のレンジ制御のものとに分けて行
い、最終的には時間的に同時に存在する両者を図７に示
すように重ねたものとなる。図７は温度補正レンジチャ
ートの例であり、本例おいて、レンジ当りの温度は、３
００℃／１６レンジ＝１８．７５℃／レンジである。レ
ンジ当りの電圧は、０．８mV／℃×１８．７５℃×６５
＝９７５mV（典型値）であり、最大値は典型値×１．１
＝１．０７２５Ｖである。、濃度の１レンジは、（１
１．５mV／１０００ppm ）×１５００ppm ×６５×１．
２５＝１．４１６Ｖ／レンジとなり、この濃度分がグラ
フに上乗せになり、１．０７２５Ｖ＋１．４０１６Ｖ＝
２．４７４Ｖとなる。なお、上下に約０．２Ｖの余裕を
とっている。また、２５℃時の値は、（２５℃−１６．
２５℃）×０．８mV×６５倍＋０．２Ｖ＝０．６５５Ｖ
である。

【００３８】今、濃度検知範囲６０００ppm を４レンジ
で測定した場合の分解能を計算すると、 ６０００ppm ／４レンジ＝１５００ppm ／レンジ １５００ppm ＝１１．５mV／１０００ppm ＝１７．２５
mV １７．２５mV×６５＝１．１２１２５Ｖ ３Ｖ／２５６ビット＝１．１２１２５Ｖ／Ｘビット Ｘ＝９５．６８ビット １５００ppm ／９５．６８ビット＝１５．６８ppm ／ビ
ット となり、濃度の分解能が２０ppm ／ビット以下になって
いる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ガ
ス濃度を反映したガス検知素子の両端電圧を高い分解能
で測定することができるので、ビット数の多いＡＤＣを
使用してコストアップを招くことなく高い精度でガス濃
度を検出することのできる。

【００４０】また、温度を反映した温度検知素子の両端
電圧を高い分解能で測定することができるので、温度補
正量のための温度を反映した温度検知素子の両端電圧を
高い分解能で測定することができる。

【００４１】更に、高い分解能により測定した温度によ
り濃度信号をシフトして温度濃度補正を行っているの
で、出力特性に大きな温度依存性を有するガス検知セン
サを使用したものにおいて、コストアップを招くことな
く高い精度でガス濃度を検出することのできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるガス濃度検出装置の基本構成を示
すブロック図である。

【図２】本発明によるガス濃度検出装置の一実施例を示
す回路図である。

【図３】図２中の不揮発性メモリに格納される設定値を
示す図である。

【図４】図２中のＣＰＵが行う処理の一部分の概略を示
すフローチャートである。

【図５】第２の濃度電圧シフト回路による温度補正のた
めのレンジ切換の様子を示すグラフである。

【図６】第２の濃度電圧シフト回路による濃度制御のた
めのレンジ切換の様子を示すグラフである。

【図７】第２の濃度電圧シフト回路による温度補正と濃
度制御を重ねたレンジ切換の様子を示すグラフである。

【符号の説明】

１ａ ガス検知素子 １ｂ 温度検知素子 ２１ 定電流源 ２３−１ 濃度検出手段（ＣＰＵ） ２４ 温度用増幅手段 ２４ａ 温度電圧シフト手段 ２７ 濃度用増幅手段 ２７ａ 第１のガス濃度電圧シフト手段 ２７ｂ 第２のガス濃度電圧シフト手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一構成に形成した２つの素子の一方を
   ガス検知素子、他方を温度検知素子として直列に接続
   し、該直列接続したガス検知素子と温度検知素子に定電
   流源から一定の電流を流して駆動し、検知ガス濃度に応
   じて抵抗値が変化する前記ガス検知素子の両端電圧を一
   定のゲインの濃度用増幅手段で増幅後Ａ／Ｄ変換してガ
   ス濃度を検知すると共に、周囲温度に応じて抵抗値が変
   化する前記温度検知素子の両端電圧を一定のゲインの温
   度用増幅手段で増幅後Ａ／Ｄ変換して周囲温度を検知
   し、前記検知ガス濃度を前記検知周囲温度によって温度
   補正して濃度検出手段がガス濃度を検出するガス濃度検
   出装置において、 増幅前の前記ガス検知素子の両端電圧をＡ／Ｄ変換して
   得た値の大きさに応じて、前記ガス検知素子の両端電圧
   を多段階シフトする第１のガス濃度電圧シフト手段を備
   え、 前記濃度検出手段が、前記第１のガス濃度電圧シフト手
   段によってシフトした前記ガス検知素子の両端電圧のＡ
   ／Ｄ変換値と、前記第１のガス濃度電圧シフト手段のシ
   フト量と、前記温度補正量とにより、ガス濃度を検出す
   るようにしたことを特徴とするガス濃度検出装置。
2. 【請求項２】 増幅前の前記温度検知素子の両端電圧を
   Ａ／Ｄ変換して得た値の大きさに応じて、前記温度検知
   素子の両端電圧を多段階シフトする温度電圧シフト手段
   を更に備え、 前記濃度検出手段が、前記温度電圧シフト手段によって
   シフトした前記温度検知素子の両端電圧のＡ／Ｄ変換値
   と前記温度電圧シフト手段のシフト量とにより温度を検
   出し、該検出した温度により前記温度補正量を求めるよ
   うにしたことを特徴とする請求項１記載のガス濃度検出
   装置。
3. 【請求項３】 増幅前の前記温度検知素子の両端電圧を
   Ａ／Ｄ変換して得た値の大きさに応じて、前記ガス検知
   素子の両端電圧を多段階シフトする第２のガス濃度電圧
   シフト手段を更に備え、 前記濃度検出手段が、前記第１及び第２のガス濃度電圧
   シフト手段によってシフトした前記ガス検知素子の両端
   電圧のＡ／Ｄ変換値と、前記第１及び第２のガス濃度電
   圧シフト手段のシフト量と、前記温度補正量とにより、
   ガス濃度を検出するようにしたことを特徴とする請求項
   １又は２記載のガス濃度検出装置。