JPS62145154A - ガス検知装置 - 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〕 本発明は還元性ガスを検知する装置に係り、特にガスセ
ンサの寿命検知と、ヒータ断線検知に好適なガス検知装
置に関する。

〔従来の技術〕

可燃性ガスのガス検知装置は、従来から種々提案されて
いるが、被検知ガス以外のアルコール等の雑ガスによる
誤動作、誤報を生じ易く、さらに、長期の動作中にガス
センサの固有抵抗値が低下して゛〈るため、あらかじめ
定めた普報レベルのままでは、次第に設定時より低いガ
ス濃度でも警報を発するようになる。このことは見掛上
、ガスセンサの感度が鋭敏になったと同等で、長期安定
性、信頼性の面で問題があった。

これらの問題点の解決策として、特公昭５８−７９４０
号、特公昭５８−４７６６３号に示されているような、
雑ガス酸化用フィルタを用いる方法や、特公昭５７−５
３５３１号に開示されているような、複数のガスセンサ
を用いることにより、ガスセンサの経時変化を相殺する
方法が用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来例を用いることで、初期特性は改善されて来て
いるが、ガスセンサの寿命報知や。

ヒータ断線検知の点では配慮されておらず、長期にわた
っての信頼性の点で問題があった。

本発明の目的は、ガスセンサ自体の特性劣化（寿命）を
検知し、ガスセンサの寿命が来たことを報知することと
、ガスセンサのヒータ断線検知を行うことで、安全性に
関して高信頼度のガス検知装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

」二記の目的を達成するために、ガスセンサの経時変化
について種々検討した結果、以下に記す新現象を発見し
た。ガスセンサの性能が劣化してくると、該ガスセンサ
の電気抵抗が周期的に変動することがわかった。すなわ
ち、該ガスセンサに適当な抵抗を介して電圧を加えると
、抵抗の両端電圧（出力信号）は周期的に変動（以下発
振現象と略す）する。

長期使用によりガスセンサの性能が劣化してくると、還
元性ガスが存在しない空気雰囲気中におけるガスセンサ
の出力信号が、ある温度以下で前述の発振現象を生ずる
。このガスセンサの出力信号の発振現象は、ガスセンサ
の動作温度により変化し、動作温度を高くしていくと、
消滅する。またさらに、このガスセンサの出力信号の発
振現象の生じる動作温度が、ガスセンサの経時変化によ
る性能劣化度合と関係し、性能劣化が少ないガスセンサ
では１発振現象は動作温度が低温時に発生するが、定格
動作温度への昇温過程で消滅する。そして、劣化が進行
するに従って昇温過程において発振現象が消滅する温度
は定格動作温度へ近づく。すなわち、ガスセンサの性能
劣化の度合と、ガスセンサの空気雰囲気中における発振
現象が消滅する動作温度との間に相関関係があることを
新らたに見い出した。

以上の新現象を利用すると、前述の問題点は、還元性ガ
ス検知用感ガス部および感ガス部の加熱ヒータ部を有す
る半導体式ガスセンサを用いたガス検知装置において、
感ガス部の動作温度を制御するヒータ制御部と、ヒータ
制御部を周期的に制御する周期制御部と、ヒータ断線検
知、寿命検知およびガス漏れ検知の信号検知部と、表示
２報部および電源部とを有機的に結合することにより解
決出来る。特に寿命検知部は、ガスセンサの出力信号を
交流増幅し、出力信号の変化をカウンタを用いて、寿命
検知モード動作時のみカラン１−する構成とすることに
より、確実な寿命検知が可能となる。

〔作　用〕

ガスセンサの寿命検知は、ガスセンサの性能が劣化する
と、定格動作温度よりも少し低い温度でガスセンサの出
力信号が発振現象を起こすことを利用するもので、前述
の周期制御部でヒータ制御部を、寿命検知モードと定常
動作モードの選択を行う。例えば寿命検知モードの時。

出力信号の発振が、１０回以上続いたとすると。

ガスセンサは寿命であると判断する。また、この時ガス
漏れ検知の出力信号が存在するときは。

ガス漏れ検知も動作する様な構成である。

ガスセンサのヒータ断線検知は、ヒータを定電流駆動す
ることによって、ヒータが断線すると、電流が流れなく
なるために、簡単な回路（例えばコンパレータ等）で構
成することが出来る。

以上の作用によって、ガスセンサは寿命およびヒータ断
線等の故障が検知出来るために信頼性の高いものとして
利用出来る。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図〜第５図により説明す
る。

第１図はガス検知装置の回路構成図で、　１００は半導
体式ガスセンサで直熱形を示し、２００はその感ガス部
、３００は加熱ヒータである。４００（破線で示す）は
ヒータ制御部で１本実施例では、加熱ヒータ３００の電
流を制御する定電流駆動回路を用いた。４０１は定電流
駆動用のトランジスタ、４０２はオペアンプ、４０３〜
４０６は抵抗でこれらと加熱ヒータ３００とで定電流動
作を行う。

即ちオペアンプ４０２は、トランジスタ４０１のエミッ
タ電位と、抵抗４０４の電位とが等しくなるように、ヒ
ータの電流を制御する。したがって、抵抗４０４の電位
を変化させると、ヒータ電流は制御出来る。４０７．４
０８で示す受光トランジスタと抵抗は、ヒータ電流を制
御するためにあり、受光トランジスタ４０７は後述の発
光ダイオード６１１とフォトカプラを形成する。４０９
は定電流回路の電源で１例えば３端子レギユレータ等で
ある。

５００はヒータ断線検知部で５０ＯＡと５００Ｂとから
なる。５００Ａはコンパレータ５０１と発光ダイオード
５０２および抵抗５０３〜５０５で構成し、ヒータ電流
が流れなくなると、コンパレータの反転入力端子（一端
子）の電位よりも、非反転入力端子（＋端子）の電位が
下がるために、コンパレータ５０１の出力はＬＯＷにな
り、発光ダイオード５０２が導通する。

５００Ｂは受光トランジスタ５０６とインバータ５０７
および抵抗５０８からなり、受光トランジスタ５０６は
、発光ダイオード５０２とフォトカプラを形成している
ので、ヒータ断線が生じると、受光トランジスタ５０６
は導通し、インバータ５０７の出力はＨＩＧＨレベルに
なる。この信号は後述の表示・警報部を駆動する。

６００は寿命検知モードと定常動作モードの周期を決め
、ヒータ制御部４００を制御する周期制御部で、６０３
〜６０５は抵抗、６０７はコンパレータで、抵抗６０４
に生じた、商用周波を両波整流した波形を整形し、クロ
ックとして利用する。

６０８、６０９はカウンタ、６１０は多入力ＡＮＤ、６
Ｌ１は発光ダイオード、６１２．６１３は抵抗、６１４
はトランジスタである。以上の回路は商用周波を分周し
、長周期のタイマーを形、成する。前述の寿命検知モー
ドと定常動作モードの周期は、カウンタ６０９の出力を
、ＡＮＤ６１０の入力に、最上位から何ビット接続する
かで決める。本実施例では４人力ＡＮＤを用いた例を示
したが、ＡＮＤの入力は必要に応じて選択することによ
り周期の調整が可能となる。

７００はガスセンサの信号検知回路で、丘からガス漏れ
検知および寿命検知回路である。

ガス漏れ検知回路は、ダイオード７１１、コンデンサ７
１２．抵抗７１３．７１４で検波回路を構成し、コンパ
レータ７１５、サーミスタ７３０および抵抗７１６〜７
１ｇからなる比較回路は、ガス漏れ信号の検知レベルを
設定する。またコンパレータ７１５の出力はインバータ
７１９を介して、ガス漏れ検知用カウンタ７２０のリセ
ット端子（Ｒ）に入力される。なおここで示したカウン
タはＨＩ　Ｇ　Ｈレベルでリセットされる。

カウンタ７２０のクロッグ（φ）には、前述のカウンタ
６０８の適当な出力を接続する。７２１はデジタルコン
パレータで、カウンタ７２０のイ直がある値（デジタル
コンパレータの設定値でここではＩＯを示す）以上にな
った時に（Ａ＞Ｂ）端子からＨＩ　Ｇ　Ｈレベルの出力
を出すものである。この出力は表示・警報部を駆動する
。したがってカウンタ６０８とデジタルコンパレータ７
２１の設定値の選び方で、ガス漏れ検知の感度を設定で
きる。寿命検知回路は、直流阻子用コンデンサ７２２と
抵抗７２３．７２４とインバータ７２５で構成する交流
増幅器と、コンパレータ７２６、カウンタ７２７および
デジタルコンパレータ７２８とで構成する。

カウンタ７２７のリセット端子は、前述の周期制御部６
００のトランジスタ６１４のコレクタに接続され、寿命
検知モードの間、ＬＯＷレベルとなる。

また、コンパレータ７１５および７２６の一端子には、
サーミスタ７３０、抵抗７１６〜７１８で分圧された基
４Ｉ電圧が印加される。なお、サーミスタ７３０は温度
補償のためにある。

８００は表示警報部で、８０１は警報ブザ、８０６〜８
１０はインバータによる発振器で、ＮＡＮＤ８０４を介
して、警報ブザ８０１を駆動する。８１１．８１２およ
び８１３は、それぞれヒータ断線、ガス漏れおよび寿命
表示用のＬＥＤでこれらは各々トランジスタ８１７．　
ＳＣＲ８１ｇおよび８１９で駆動される。８２８は表示
および警報停止スイッチでブツシュオフの構成である。

またＳＣＲのアノードはＮＡＮＤ８０５に接続されてい
る。

９００は上述した回路を駆動する電源部である。

９０１は交流電源、９０２．９０３および９０４は電源
トランス、９０５および９０６は整流用ダイオードスタ
ック、　９０７．９０８および９０９は平滑用コンデン
サ。

９１０は安定化電源回路である。なお９１０には３端子
レギユレータ等を用いることが出来る。

第２図はガスセンサが劣化した状態で、ガスセンサの温
度（ヒータ電圧ＶＨ）を変化させたときのガスセンサの
出力（コンパレータ７１５の＋端子）を示したものであ
る。ヒータ電圧が定格温度に近い場合（ＶＨ＝０．８５
Ｖ）は、直流成分が含まれているが、発振周期は比較的
短かい。

また温度が低下する（ＶＨが低くなる）につれて、直流
成分が減少し１発振周期は長くなっていることがわかる
。

第３図は交流増幅回路の入力と波形整形用コンパレータ
７２６の出力を表わしたものである。

（ａ）が入力波形、（ｂ）が出力波形である。

第４図は寿命検知モードとガス漏れ検知モードの時の動
作説明図である。（ａ）は第１図に示すコンパレータ６
０７の出力波形で、この周期は商用周波数の半分になる
。（ｂ）は多入力ＡＮＤの出力で左より寿命検知モード
（イ）、ガス漏れ検知モード（ロ）、寿命検知モード（
ハ）の状態で、ＬＯＷレベルでガス漏れ検知モード、Ｈ
Ｉ　Ｇ　Ｈレベルで寿命検知モードを示す。（ｃ）はガ
ス漏れ検知用コンパレータ７１５の出力波形で、ＨＩＧ
Ｈレベルの時はガス漏れが起っている可能性があること
を示している。（ｃｌ）は寿命検知用コンパレータ７２
６の出力波形で、矩形波が出力されている時は、ガスセ
ンサが寿命である可能性があることを示す。またこの波
形はカウンタ７２７の最下位ビットと同じ波形を示す。

（ｅ）はガス漏れ検知用のデジタルコンパレータの出力
波形で、ＨＩＧＨレベルの時ガス漏れと判断する。（ｆ
）は寿命検知用のデジタルコンパレータの出力波形で、
ＨＴＧＨレベルの時、ガスセンサが寿命であると判断す
る。また、′図中右側に示した様に、寿命検知動作中に
、ガス漏れがあった時も、ガス漏れ検知が行えることを
示している。

第５図はヒータ制御部の他の実施例で、ガスセンサには
傍熱形を用いた例を示し、特に第１図と異なる点は、定
電流回路の電源として、４０９に示した様なレギュレー
タを用いずに、オペアンプ４０２やコンパレータ５０１
の基準電圧などの部分のみに、ツェナーダイオード４１
１で定電圧化を行っており、回路全体の省電力化を行っ
たものである。

なお、ガスセンサは第１図に示した様に直熱形を用いて
もかまわない。

以下、本発明の動作説明を行う。

ガス検知装置に電源が入ると、ヒータ制御部４００は規
定値の電流を、ガスセンサのヒータに流し、定常動作モ
ード（ガス漏れ検知）で動作する。また、定常動作モー
ドと寿命検知モードの周期を決める周期制御部６００は
、商用周波を分周し、長周期のタイマーを作り１例えば
寿命検知モードを２日に１回（約３０分）の割合で行う
。

今、周期制御部６００が、寿命検知モードを選択すると
、カウンタ７２７のリセット端子（Ｒ）をＬＯＷレベル
にして、カウンタ動作を開始する。

また発光ダイオード６１１を動作させて、受光トランジ
スタ４０７を導通させる。この結果ヒータ制御部は寿命
検知モード用の電流をヒータに流し、定常動作時より、
感ガス部２００の温度を下げる。この時、ガスセンサが
劣化していたとすると、ガスセンサの出力信号は、第２
図に示した様に発振現象を起こすことになる。寿命検知
は、この発振が何回以上継続したかで判断することが出
来る。したがって、この出力信号を増幅・整形した信号
を、カウンタ７２７で計測し、この出力をデジタルコン
パレータ７２８で比較するとにより、ガスセンサの寿命
がわかる。本実施例ではデジタルコンパレータで基準値
との比較を行ったが、カウンタの出力をＡＮＤ回路で判
定を行っても同等な結果を得る。以上の様に。

ガスセンサの寿命検知に出力信号の発振現象を用いこの
信号変化を、カウンタで計測するため、この発振周期は
出来るだけ短かい方が寿命を早く検知出来る。第２図は
ガスセンサのヒータ電圧と、前述の出力信号との関係を
示したもので、感ガス部の温度は、ヒータ電圧とともに
低くなる。ヒータ電圧が例えば０．８５Ｖの時は、出力
信号に直流分が含まれているが、他のものに比べ短周期
である。したがって、早く寿命を検知するにはヒータ電
圧を０．８５Ｖにして、寿命検知を行う方がよい。ただ
し、図中破線で示す様に、ガスセンサのばらつきにより
、直流分が大きく変動する。前述の交流増幅器は直流分
の影響を除き、確実な検知が出来る様に用いたものであ
る。第３図（ａ）は交流増幅器の入力で、実線が直流レ
ベルの零点で、破線が交流レベルの零点を示す。以上の
様に交流増幅器を用いることで、コンパレータ７２６の
出力は（ｂ）に示す様な波形となり、ガスセンサのばら
つきによる直流分の影響をなくすことが出来る。

周期制御部６００が定常動作モードに戻ると、ヒータ制
御部の受光トランジスタ４０７を非導通にして、ガスセ
ンサを定格動作温度に設定する。

ここで、ガス漏れが発生したとすると、ガス漏れ検知用
コンパレータ７１５の出力がＨＩＧＨレベルになり、イ
ンバータ７１９の出力はＬＯＷレベルになりリセットが
解除される。このため。

カウンタ７２０は計数を開始する。このカウンタのクロ
ック（φ）には商用周波を分周した長周期の信号が加え
られる。したがって、カウンタのリセットがＬＯＷレベ
ルの間、このクロックの数を計数し、規定値を越えると
表示・警報を出す。この判定を行うのがデジタルコンパ
レータ７２１であり、図では片方にカウンタをもう一方
にディップスイッチ等で、ある値を設定出来る様にして
いる。ここでは４ｂｉｔを上位から１０１０を設定し、
１０を基準値にした例を示している。また、これらの判
定は前述の様にＡＮＤなどを用いて構成しても良い。

第４図は前述の様に、（ｂ）の信号がＨＩＧＨレベルの
時が寿命検知モードを、ＬＯＷレベルの時が定常動作モ
ードである。またこの信号は第１図のＡ　Ｎ　Ｄ６１０
の出力信号に相当する。

寿命検知モードでは、（ｄ）に示す様に、センサ出力信
号の発振の数を計測し、カウンタ７２７の値が、ある値
を越えると、デジタルコンパレータ７２８のＡ＞Ｂ出力
には（ｆ）で示す信号が出力される。また、定常動作時
には、ガス漏れ検知用カウンタ７２０のリセット端子が
ＬＯＷレベルになると、カウンタ７２０が、商用周波を
分周したクロックをカウントし、カウンタ７２０の出力
が接続されたデジタルコンパレータ７２１のＡ入力が、
ある値を越えると、Ａ＞Ｂ出力には（ｅ）で示す信号が
出力される。

第１図に示す様に、デジタルコンパレータの出力は表示
・警報部８００のＳ　ＣＲ８１８，８１９のゲートに接
続されているために、この出力が一度でもＨＩＧＨレベ
ルになると、Ｌ　Ｅ　Ｄ８１２．８１３を点灯させ、ブ
ザ８０１を鳴報させる。スイッチ８１３は停止スイッチ
である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ガスセンサの寿命検知モードと定常動
作モードを、一定の周期で選択し、ガスセンサの性能が
劣化し、寿命である時は寿命表示及び警報を出すことと
、寿命検知モードで動作中においても、ガス漏れが起き
た時は、ガス漏れ検知を行うために安全である。また、
ガスセンサのヒータ断線検知を行うために、信、頼性の
高いガス検知装置を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路構成図、第２図はヒー
タ電圧とガスセンサの出力波形の関係図、第３図、第４
図は本発明の動作説明図でアル。薯５０１まピータ制量
１陸目兄口ご油う。 １００・・・ガスセンサ、２００・・−感ガス部、３０
０・・・ヒータ、４００・・・ヒータ制御部、５００・
・・ヒータ断線検知部、６００・・・周期制御部、　７
００・・・信号検知部。 ８００・・・表示・警報部、９００・・・電源部域　１
　図 弔２図 第３図 第　４．胆

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、還元性ガス検知用感ガス部および感ガス部の加熱ヒ
   ータ部を有する半導体式ガスセンサを用いたガス検知装
   置において、少なくとも、前記感ガス部の動作温度を制
   御するヒータ制御部と、前記ヒータ制御部を周期的に制
   御する周期制御部と、前記ガスセンサの信号検知部とし
   て、前記ヒータの断線検知部、前記ガスセンサの寿命検
   知部およびガス漏れ検知部と、表示および警報を行う表
   示警報部と、これらを駆動する電源部とを有し、ある任
   意の周期で、前記ヒータ制御部を駆動し、前記ガスセン
   サの信号検知部の出力信号変化を、カウンタにて計測し
   、この計測値がある値以上である時に、前記ガスセンサ
   の寿命表示・警報を行う。また、ガス漏れ検知信号が一
   定時間継続する時は、ガス漏れ表示・警報を行い、ヒー
   タ断線を検知したときは、ヒータ断線表示・警報を行う
   ことを特徴とするガス検知装置。 ２、ヒータ制御部は、ガスセンサの加熱ヒータを定電流
   源で駆動し、前記ヒータに電流が流れなくなった時に、
   ヒータ断線表示を行うことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のガス検知装置。 ３、ガスセンサの信号検知部の寿命検知信号増幅回路と
   して、交流増幅回路を用いることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のガス検知装置。