JPS6046479B2 - 検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ｉ ・゛ 一 、Ｌ電’■１コに：ー鼻−１ゝムー −
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り、各種のガス、煙を一つの検知素子で選択的に検知す
ることのてきる装置を提供しようとするものである。

近年、ガス機器の急速な普及に伴つて、ガス漏れによる
事故が多発し、これらの事故を未然に防ぐ方法が多方面
から検討されている。

特にその一つの方法として、可燃性ガス漏れを検知する
ための種々の方式のガス漏れ警報器が開発されている。
実用化されているガス漏れ警報器を検知方式によつて大
別すると、半導体方式と接触燃焼方式があげられる。前
者は、高温（２００〜４０００Ｃ）に加熱された半導体
（一般に金属酸化物半導体、ＳｎＯ。

、ＺｎＯ、に−Ｆｅ。Ｏ。等）がプロパンガスなどの可
燃性ガスを接触したときに、電気抵抗値が減少するとい
う性質を利用するものてある。後者は、白金線などの上
に触媒を設け、白金線などに通電して発熱させ、その触
媒上でガスを接触燃焼させて、燃焼による温度上昇を白
金線など・の電気抵抗の増加として検出する方法てある
。

これには、出力がガス濃度に対して直線的に変化すると
いう利点があるものの、前者よりも電気信号として得ら
れる出力が小さく、増幅回路などを付加する必要がある
。これらのガス漏れ警報器用検知素子の問題点としてあ
げられることは、検知素子そのものにガス選択性がない
ことである。

以下発明の詳細な説明を行なう。一般にガス検知素子は
、可燃性ガス，煙その他のガスに対して一応に感応する
ことはあり得ず、個々の検知素子特有の感応特性を示す
。

たとえば、ある検知素子は、アルコールにもつとも感じ
やすく、プａｌマン，ブタンには比較的感じやすいが、
メタンに対しては非常に感度が小さいなどの性質をもち
、またその逆の特性を示す検知素子もある。これらの特
性をあらかじめ十分に把握した後、警報器化するのであ
るが、一般にはアルコールに対する感度が大きいものが
多く、一般家庭で使用する場合の誤動作の原因となつて
いる。このことは、可燃性ガスの警報であつても調理中
のアルコールの蒸発によるものか、煙によるものかが使
用者側からは判断できないこともあり、非常に危険であ
る。これは、ガス漏れ警報器としていかに高安定なもの
であつても、あまり役立たないものである。この問題の
対策について、現在各方面で研究が進められているが、
まだ決定的な方法は具体化されていない。

提案されている方法の代表的なものとしては、金属酸化
物半導体に種々の貴金属触媒（一般には白金やパラジウ
ム等）を加え、各種のガスに対する感知感度を制御する
方法や、検知素子の加熱温度を変えることによつて、各
種のガスに対する感知感度を変える方法等がある。前者
については、貴金属触媒の効果が理論的に解明されてい
ず、貴金属触媒の種類や量を変え、それぞれの特性を測
定することをくりかえしながら行なつている。

したがつて、それに応じて寿命などの信頼性を検討しな
ければならないなどの欠点がある。後者の場合には、加
熱する温度つまり動作温度．によつて、各種ガスに対す
る感度が変化し、それぞれの温度でもつともよく感する
ガスの種類が変化する。

一般に半導体式においては、低い動作温度でアルコール
に対する感度がもつとも高く、高い温度にすればアルコ
ールの感度が低下して、メータンやプロパン等のガスが
感じやすくなつてくる。本発明の装置は、この各種ガス
，煙が検知素子の加熱温度すなわち動作温度によつて変
化することを利用し、希望するガスや量に応じて、動作
温度を階段状に周期的に変化させ、任意のガスの識別、
さらにはガスだけでなく煙検知器としての働きをもあわ
せてもたせることを可能とするものである。

構成として、基本的には、検知素子と、その加熱温度を
制御するヒータ電圧を階段状に周期的に変化させる電源
装置、任意の識別ガス、煙に対応する検出装置からなり
、さらにはガスの種類の存”在を表示する表示装置、も
しくは任意のガスのみを警報する報知・警報装置が付加
される。

以下に、その実施例をあげて詳細に説明する。

代表的な金属酸化物半導体ガス検知素子として、ガンマ
型酸化第二鉄（ｒ−Ｆｅ２Ｏ３）を使用した。この検知
素子は、第１図の特性を示し、対象ガスとしてはメタン
，プロパン，アルコールの３種である。第１図Ａは動作
温度と各ガスに対する抵抗値との関係を示したもので、
曲線１は清浄空気中での電気抵抗値、曲線２，３，４は
それぞれアルコール，プロパン，メタン各１０００ｐｐ
ｍ中における電気抵抗値である。同図Ｂは同図Ａで示し
た特性を感度すなわち清浄空気中における電気抵抗値と
各ガス１０００ｐｐｍ雰囲気中の電気抵抗値との比の値
で表わしたもので、曲線２，３，４はそれぞれアルコー
ル，プロパン，メタンの感度である。図から明らかなよ
うに、比較的低い温度では、アルコールに対する感度が
もつとも高く、２５０℃前後で最大となる。

以後、温度が高くなるに従つて、感度は低くなり、逆に
プロパンの感度が高くなつてくる。プロパンの感度は約
３５０℃前後でもつとも高くなる。それによりもさらに
高い温度では、同じようにメタンの感度が上昇して、約
４５０℃でもつとも高くなる。以上のように動作温度に
従つて、各ガスに対する感応特性が変化してくる。

具体的なガス感応特性を第１表から第３表に示す。

第１表は動作温度が２５０℃のときの各種ガス１０００
ｐｐｍ中での素子抵抗値を示したものであり、第２表と
第３表はそれぞれ同じく３５０℃，４５０℃での特性を
示したものである。次に、この検知素子を用いた装置の
構整に゛ついて詳細に述べる。

第２図に本発明の一実施例の回路構成を示す。

ヒータ電圧を階段状に周期的に変える働きをする回路に
ついて、まず説明すると、この実施例では３点の温度を
２［相］づつ保持し、（１）秒を一周期として設定した
。１１はそのタイマ回路で、２中ごとに信号を発生する
。

１２は信号変換回路で、タイマ回路１１によつて発生し
た信号を、電源１３を制御する制御回路１４へのコント
ロール信号に変換するための回路である。具体的には、
制御回路１４にはシリコン制御整流器（ＳＣＲ）を使用
し、変換回路１２はＳＣＲの位相制御信号を順次タイマ
回路によつてこのＳＣＲに働きかけるようにしたもので
ある。このようにして電源１３からの交流電力を制御回
路１４で位相制御し、さらにそれを整流回路１６によつ
て整流すれば、検知素子１５のヒータ部分に階段状の周
期的な電圧が印加される。このようすを第３図Ａに示す
。

この場合、それぞれのヒータ電圧に対応する温度が２５
００Ｃ，３５０゜Ｃ，４５０℃となるように設定されて
いる。次にセンサ部分であるが、これも同様にして、タ
イマ回路１１による信号によつて切換回路１７を動作さ
せ、２５００Ｃ，３５０℃、４５０１Ｃに対応する検知
回路１８，１９，２０に自動的に切換えられる。それぞ
れの切換回路１８，１９，２０では任意の種類のガスお
よびその濃度のセンサ抵抗値が設定されており（この実
施例では２５０℃のときアルコール１０００ｐｐｍの抵
抗値４１５ｋΩ，３５０℃のときプロパン１０００ｐｐ
ｍの抵抗値１５４ｋΩ，４５０℃のときメタン１０００
ｐｐｍの抵抗値６５ｋΩに設定されている）、それ以下
の抵抗値になれば警報ブザー２１，２２および表示回路
２３が動作することになる。これを具体的に説明すれば
、第３図Ａに示すようなヒータ電圧が周期的にくりかえ
し検知素子１５に印加されることによつて、清浄空気中
では第３図Ｂに示すように検知素子１５の抵抗値が周期
的に変化する。

この図において、破線で示されているのは各検知回路１
８，１９，２０の警報および表示の動作設定点である。
この図の状態において、おのおのの動作温度では検知素
子１５の抵抗はすべて警報，表示の動作設定点以上であ
り、警報および表示は行なわれない。次に、アルコール
濃度が１５００ｐｐｍの雰囲気中に検知素子１５を設置
した場合を第４図に示す。

第４図Ａはそのときの検知素子１５の抵抗値の変化を示
したもので、図から明らかなように、２５０℃動作温度
状態で警報および表示設定値よりその抵抗が下がつてい
るため、第４図Ｂのようにアルコール検知回路だけが働
き、警報あるいは表示をし、アルコールの存在が明らか
となる。次の例として、メタン濃度が２０００ｐｐｍの
雰囲気中の特性を第５図に示す。

第５図（Ａ）において２５０゜Ｃ，３５０℃の状態では
、ほとんど感応せず、４５０℃動作のときにのみ、検知
素子１５の抵抗が設定点を下まわつているのがわかる。
その結果、第５図Ｂに示すようにメタンの存在を警報，
表示・することができる。以上本発明の装置について詳
細を説明したが、断続的な警報が不適当であれば、適当
な回路を付加し警報および表示が継続するようにも設定
できることはもちろんであり、特に一時的に高濃度のガ
スが接触した場合でも、一周期間以上継続しなければ警
報を発しない構成にすれば、かなりの精度で誤報は防止
することができる。

また、各動作温度において高濃度のガス雰囲気中で設定
値を下まわればどんなガスであつても警報する訳である
が、実際にはガスの濃度は徐々に増加することが一般的
であり、ヒータ電圧の周期的なくりかえしの中で、最初
に感応するのは、そのガスに対応する検知回路であるは
ずである。さらに本発明において、アルコール，プロパ
ン，メタンについて述べたが、その他のガスだせでなく
、煙に対しても同様に検知させることができることはい
うまでもなく、ガス検知器に煙検知機能をもたせること
ができ、さらにガスの種類が特定できる場合は、その動
作温度を時間的に変化させることによつてそのガスの濃
度をも知るこができる。

また、この実施例において、ｒ−Ｆｅ２Ｏ３ガス検知素
子を用いたが、他の金属酸化物半導体を用いてもよく、
またそれが厚膜，焼結型といつた構造になんらとられれ
るものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂは本発明にかかるガス等の検知装置に使用
した検知素子の特性を示す図、第２図は本発明の装置の
一実施例の構成を示す図、第３図Ａ，Ｂ，第４図Ａ，Ｂ
および第５図Ａ，Ｂはその動作を説明するための波形図
である。 １１・・・・・・タイマ回路、１２・・・・・・信号変
換回路、１３・・・・・・電源、１４・・・・・制御回
路、１５・・・・・検知素子、１６・・・・・・整流回
路、１７・・・・・・切換回路、１８，１９，２０・・
・・・検知回路、２１，２２・・・・・・ブザー、２３
・・・・・・表示器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガス、煙に感応する検知素子、前記検知素子を加熱
   するためのヒータに階段状の電圧を周期的に供給する電
   源装置、および、前記検知素子に接続され、その抵抗値
   と、検知すべきガスもしくは煙の濃度に対応する設定値
   との大小関係を判別する検知装置を有し、前記電源装置
   から前記ヒータに供給する階段状電圧を、検知すべきガ
   スもしくは煙に対して最大感度を示す前記検知素子の動
   作温度に対応させてなることを特徴とする検知装置。 ２ 電源装置から、複数の検知すべきガス、煙のそれぞ
   れに対して検知素子が最大感度を示す動作温度に対応す
   る電圧を、ヒータに供給し、検知対象となる種類のガス
   、煙に対して前記検知素子が選択的に、感応するように
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の検知
   装置。 ３ 電源装置が交流電源、シリコン制御整流器、前記シ
   リコン制御整流器を周期的に位相制御する制御回路とタ
   イマ回路、および、前記シリコン制御整流器の出力端に
   接続された整流回路を具備していることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項または第２項記載の検知装置。