JPS6133379B2 - - Google Patents

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JPS6133379B2
JPS6133379B2 JP9287279A JP9287279A JPS6133379B2 JP S6133379 B2 JPS6133379 B2 JP S6133379B2 JP 9287279 A JP9287279 A JP 9287279A JP 9287279 A JP9287279 A JP 9287279A JP S6133379 B2 JPS6133379 B2 JP S6133379B2
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JP
Japan
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power supply
sensor
gas
supply voltage
voltage
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JP9287279A
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JPS5616861A (en
Inventor
Ikuhiko Kimura
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Figaro Engineering Inc
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Figaro Engineering Inc
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/122Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Emergency Alarm Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は都市ガスのガス洩れ報知用等に適した
ガス検出装置に関するものである。
従来、金属酸化物半導体からなるガスセンサー
を用い、該センサーがガスに感応したときの抵抗
値変化を利用してガスを検出し、ブザー等を作動
させる装置は種々開発されており、この種装置は
ブロパンガスのガス洩れ報知に多く用いられてい
たが、都市ガスに対する利用も考えられている。
ところが、このような場合に従来装置では、次の
ような問題があつた。
すなわち、ガス洩れ警報装置等においては、検
出すべきガスについて、爆発等の危険がある濃度
よりもある程度の安全性をみこし、かつ、不必要
に低い濃度で警報等を発することのないように、
装置が警報等を開始するガス濃度は予め規定され
た一定範囲内に保たれることが要求される。特
に、都市ガス用に使用する場合は、旧来の水素そ
の他のガスを含む都市ガス及び天然ガス化された
都市ガスに適応すべく、メタン、イソブタン、水
素等のガスに対して上記の条件を満足するように
警報開始濃度等が規制され、さらに、炊事中に生
ずるアルコール蒸発などの一過性ガスによる非ガ
ス洩れ警報等を避ける意味でエタノールガスに対
する警報開始濃度等も規制され、これら各ガスに
ついてそれぞれ要求されるガス濃度範囲で警報等
を開始するような設定条件が得られる装置が必要
となる。しかるに、一般に金属酸化半導体ガスセ
ンサーは、抵抗値がガス濃度に応じて変化するだ
けでなく、温度によつても変化し、かつ、ガス感
応時の温度特性はガスの種類によつて異なる。一
方、センサーを加熱するヒーター、及びセンサー
を含むガス検出用の回路にそれぞれ電圧を供給す
る電源電圧は、特に一般の商用電源を用いる場合
は変動し易い。このような場合に従来装置では、
電源電圧が変動すると、ヒーター電圧の変化に伴
つて加熱量が変化し、さらにセンサーにかかる電
圧の変動に伴う自己加熱の変化がこれに上積みさ
れることにより、ガスセンサーの温度変化と、こ
れに伴う抵抗値変化が生ずる。例えば電源電圧が
10%程度増減する範囲にわたり、このような電圧
変動とセンサー抵抗との関係を、一定濃度のメタ
ン、イソブタン、水素、エタノールの各ガスに感
応した場合についてそれぞれ示すと、第1図のグ
ラフのようになる。この場合、ガスセンサーの種
類によつても多少特性が異なるが、温度依存性に
起因して抵抗値変化が生ずることに変わりはな
い。従つて、正常電圧で警報開始濃度等が各ガス
についての基準を満足するように設定しておいて
も、電源電圧が変わるとセンサーの抵抗値が大き
く変化し、言い換えれば警報開始濃度等が大きく
変化してしまう。この場合、ある種のガス、例え
ばメタンについてはその変化がある程度の巾の基
準範囲内に納まるように設定できたとしても、エ
タノール等については基準範囲をずれてしまうこ
ととなり、また、センサーの品質的な抵抗値のば
らつきも加わるので、このように電源電圧の変動
によつて大きくセンサーの抵抗値が変わるもので
は、到底要求される警報開始濃度等の基準に適合
させることは困難であつた。
尚、電源電圧の変動による影響を避けるには定
電圧回路を用いることが考えられるが、前記ガス
洩れ警報装置等においては、ガス検出部には
100V程度の高い電圧を供給しなければないない
ので定電圧回路の素子には高耐圧の半導体素子等
が必要となつて高価となり、一方、ヒーター回路
には1V程度の低い電圧が供給されるので、これ
に対して定電圧回路を用いるのでは消費電力のロ
スが大きく、経済性などの点から実用的ではな
い。
本発明は、定電圧回路を用いることなく、ガス
検出装置の電源電圧依存性を補償することを目的
とする。
すなわち、本発明は、ガスおよび加熱温度によ
り抵抗値が変化する金属酸化物半導体を、前記半
導体でのジユール熱とヒーターとにより加熱する
ようにしたガスセンサーを用いたガス検知装置に
おいて、前記半導体には負荷抵抗と外部制御抵抗
とを直列に接続し、前記ヒーターには変圧器を介
して電源電圧と同方向に変化するヒーター電圧を
印加し、電源電圧と基準電位との差を検出して、
前記外部制御抵抗の抵抗値を電源電圧と同方向に
変化させるための制御部を設け、ジユール熱の変
化によりヒーター電力の変化を補償するように構
成したものである。
本発明のガス検出装置では、自己加熱型のガス
センサー、すなわち金属酸化半導体を半導体への
検出電流による自己加熱とヒーターとにより加熱
するようにしたセンサーを用いている。半導体に
は外部制御抵抗と負荷抵抗を直列に接続してガス
検出部とし、ヒーターには変圧器から不安定なま
まのヒーター電圧を印加する。ここで制御部によ
り外部制御抵抗の抵抗値を電源電圧と同方向に変
化させ、ジユール熱を電源電圧と逆方向に変化さ
せる。そしてジユール熱の変化とヒーターの消費
電力の変動とをつり合せ、電源電圧依存性を補償
する。
以下、本発明の実施例を図面によつて説明す
る。
第2図は装置の回路構成の一例を示し、1は例
えばフイガロ技研製#109センサー等の金属酸化
物半導体からなるガスセンサーである。このセン
サー1には抵抗2および20を直列に接続し、セ
ンサー1がガスに感応したときの抵抗値変化に応
じた出力電圧VRLを得るようにしている。抵抗2
は後述の発光ダイオード8の光量に応じて抵抗値
が変化する光導電セル(CdS)で構成している。
5はガスセンサー1を加熱するヒーターで、図例
ではセンサー1の一方の電極を兼ねている。6は
ヒーター電力等供給用変圧器で、電源7に接続さ
れ、ヒーター5に通常1V程度の電圧を与える。
電源7には通常、交流100Vの商用電源が利用さ
れる。3はセンサー1の直列抵抗に対する制御部
であり、電源電圧の増減に対してこれと同方向に
センサーの直列抵抗の抵抗値を増減させるように
構成されている。制御部3は、電源7に接続され
たダイオード11およびコンデンサー12と、こ
のコンデンサー12と並列に配置したツエナーダ
イオード13および抵抗14とを有し、ダイオー
ド11およびコンデンサー12によつて電源電圧
に対応する直流平滑化した電圧を得るようにして
いる。ツエナーダイオード13と抵抗14との間
にはトランジスタ15のベースを接続し、トラン
ジスタ15のコレクタにはダイオード11との間
に抵抗17を接続し、またトランジスタ15のエ
ミツタには抵抗18を接続している。さらにトラ
ンジスタ15のコレクタにはトランジスタ19の
ベースを接続し、トランジスタ19のエミツタに
は発光ダイオード8を接続している。
この回路において、コンデンサ12の両端には
電源電圧を直流平滑化した入力電圧Vinが得ら
れ、この電圧Vinは電源電圧の実効値をV0とする
と約√2V0となる。そして、ツエナーダイオー
ド13のツエナー電圧をEzとすると、抵抗14
にかかる電圧V1は、V1=Vin−Ezとなる。また
抵抗値R2の抵抗18にかかる電圧V2は、トラン
ジスタ15のベース・エミツタ電圧をVBEとする
と、 V2=V1−VBE=Vin−Ez−VBE V3≒Vin−V/R×R3 =Vin(1−R3/R2)+R/R(Ez+VBE) 従つて、発光ダイオード8の部分にかかる電圧
V5は、トランジスタ19のベース・エミツタ電
圧をVBEとすると、 V5=V3−VBE=Vin(1−R/R) +R/R(Ez+VBE)−VBE)−VBE 従つて、抵抗17,18の抵抗値比R3/R2
Ezの選定により、正常電源電圧でこの回路の出
力電圧Vcが100V程度になるようにしておくと共
にR3/R2>1とすることにより、電源電圧の変
動に応じてV5が電源電圧と逆の増減を示し、か
つその変動率はR3/R2およびEzの値を適当に選
ぶことによつて調整することができる。発光ダイ
オード8に通電されると、それに応じて光が放射
され、この光量の変化に応じて光導電セル2の抵
抗値が比例して変化する。なお、このような光結
合による制御の代りに熱結合によるもの、例えば
光導電セル2の代りに傍熱型サーミスタ、発光ダ
イオード8の代りにサーミスタ用のヒータを用い
るようにしてもよい。
一方、センサー1に与えられる熱は、ヒータ5
による加熱とセンサー1に通電されることによる
ジユール熱とからなり、ジユール熱は第3図に示
すように一定のセサー抵抗のときにピーク値を示
す。同図において、曲線31,32,33はそれ
ぞれ電源電圧90V,100V,110Vのときのセンサ
ーの温度を示している。即ち、電源電圧が変動す
るとそれに応じてセンサーの温度も変動し、電源
電圧が上昇するとセンサー温度も上昇し、電源電
圧が下降するとセンサー温度も下降する。
このような電源電圧の変動による素子温度の変
動をなくすには、センサーに直列の抵抗を電源電
圧の変動と同一の方向に変動するように制御して
ジユール熱を減少させるようにすればよい。即
ち、電源電圧が上昇したときには光導電セル2の
抵抗値が増大し、電源電圧が下降したときには光
導電セル2の抵抗値が減少するように制御すれば
よい。このように制御すると、抵抗の変化に応じ
てそこを流れる電流値も変化する結果、センサー
抵抗とジユール熱との関係は第4図に示すように
なる。同図において曲線41,42,43はそれ
ぞれ電源電圧が90V、100V、110Vのときのジユ
ール熱を示している。このようにジユール熱が電
源電圧の変化と逆に変化するようにすれば、第3
図に示すセンサーの電源電圧の変化による温度変
化を打消すことができる。そしてこのような作用
は第2図の回路によつて達成される。即ち、前述
のようにR3/R2>1と設定しておくと電源電圧
が増大すればV5が減少して発光ダイオード8の
光量が減少するために光導電セル2の抵抗値が増
大して第4図に示すようにジユール熱を減少させ
るように作用し、また電減電圧が下降するとV5
が増大して発光ダイオード8の光量が増大するた
めに、光導電セル2の抵抗が減少してセンサーの
ジユール熱を増大させるように作用する。
なお、第2図においてセンサー1がガスに感応
したときにその抵抗値変化に応じた出力電圧VRL
が得られ、この電圧VRLに基いて図示しないブザ
ー等の駆動回路が動作するようにしてあり、この
ばあいの警報開始濃度等が予め定められた基準を
満足するように、正常電源電圧でセンサー1に適
正な温度条件を与えておく。
上記の構成において、制御部3によつて電源電
圧の変動に対する光導電セル2の抵抗の変化率を
適宜調整しておけば、第5図に示すように、セン
サー1が各種ガスに感応したばあいに、電源電圧
の変動に対してセンサー抵抗値の変化を非常に小
さくすることができる。
以下説明したように、本発明は金属酸化物半導
体ガスセンサーにその電源と共に電圧が変動する
ヒータを備えた装置において、電源電圧の変動に
応じてセンサーと直列の抵抗を制御手段によつて
変動させ、これによつて電源電圧の変動によるセ
ンサー温度の変化を打消すようにしたものであ
る。従つて、電源電圧の変動に対し、警報等の動
作の開始するガス濃度の変化をなくし、とくに都
市ガス用ガス洩れ警報器として用いるばあいで
も、メタン、水素、イソブタン、エタノール等の
各種ガスについて警報等の動作の開始濃度を適正
な範囲に保つことができる。しかもセンサーの直
列抵抗を制御する回路を設けるだけで出力が
100V程度の定電圧回路のような複雑、高価な回
路を必要としないので、装置を簡単にすることが
でき、安価なガス検出装置を提供することができ
る。また、出力部に換気扇を用いることにより、
警報装置のみならずガス検出装置等に利用するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来装置の電圧変動とセンサー抵抗値
との関係を各種ガスに感応したばあいについて示
すグラフ、第2図は本発明装置の実施例を示す回
路図、第3図はセンサー温度とセンサー抵抗との
関係を示す特性図、第4図はセンサーと直列の抵
抗を制御したばあいのセンサーのジユール熱の変
動を示すグラフ、第5図は本発明装置の電源電圧
変動とセンサー抵抗値との関係を各種ガスに感応
したばあいについて示すグラフである。 1…ガスセンサー、2…光導電セル、3…制御
部、5…センサーのヒータ、8…発光ダイオー
ド。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ガスおよび加熱温度により抵抗値が変化する
    金属酸化物半導体を、前記半導体でのジユール熱
    とヒーターとにより加熱するようにしたガスセン
    サーを用いたガス検出装置において、前記半導体
    には負荷抵抗と外部制御抵抗とを直列に接続し、
    前記ヒーターには変圧器を介して電源電圧と同方
    向に変化するヒーターー電圧を印加し、電源電圧
    と基準電位との差を検出して、前記外部制御抵抗
    の抵抗値を電源電圧と同方向に変化させるための
    制御部を設け、ジユール熱の変化によりヒーター
    電力の変化を補償するように構成したことを特徴
    とするガス検出装置。
JP9287279A 1979-07-21 1979-07-21 Gas detecting unit Granted JPS5616861A (en)

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JPS5616861A JPS5616861A (en) 1981-02-18
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JPS59170809U (ja) * 1983-04-30 1984-11-15 株式会社島津製作所 光コネクタ
CH696777A5 (de) * 2003-08-06 2007-11-30 Saia Burgess Murten Ag Anordnung und Verfahren zur Detektion von Stoffen.

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