(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、湿度及びＣＯ２濃度の両方を精度よく検出することができるガス検出装置を提供することにある。【解決手段】  ガス検出装置は、発熱体の放熱量変化から気体の濃度を測定するガス検出装置であり、第１温度Ｔｈ１における発熱体（検出ヒータ）の放熱量に基づいた第1信号から湿度を検出し、第２温度Ｔｈ２における発熱体の放熱量に基づいた第２信号を検出する。そして、第１信号を用いて第２信号を補正することにより、二酸化炭素濃度を検出する。【選択図】図５Ｂ
2020173144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体の放熱量変化から気体の濃度を測定するガス検出装置において、
第１温度における発熱体の放熱量に基づいた第1信号から湿度を検出し、
第２温度における発熱体の放熱量に基づいた第２信号を検出し、
前記第１信号を用いて前記第２信号を補正することにより、二酸化炭素濃度を検出することを特徴とするガス検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガス検出装置において、
前記第１温度は、３００〜３５０℃に設定されることを特徴とするガス検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載のガス検出装置において、
前記第２温度は、前記第１温度より低い温度か、または前記第１温度より高い温度に設定されることを特徴とするガス検出装置。
【請求項４】
請求項２に記載のガス検出装置において、
前記第２温度は、２６０℃以下の温度か、または３９０℃以上の温度に設定されることを特徴とするガス検出装置。
【請求項５】
請求項１に記載のガス検出装置において、
前記発熱体の周辺に補助ヒータを設けることを特徴とするガス検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載のガス検出装置において、
前記第１温度及び前記第２温度を一つの発熱体で切り替えることにより、前記発熱体を用いて前記第１信号及び前記第２信号を検出し、
前記補助ヒータは、前記第１温度及び前記第２温度に応じて温度が変化することを特徴とするガス検出装置。
【請求項７】
請求項１に記載のガス検出装置において、
湿度を検出する第１発熱体を有する第１検出部および二酸化炭素濃度を検出する第２発熱体を有する第２検出部を独立して備え、
前記第１発熱体は前記第１温度に、前記第２発熱体は前記第２温度に、それぞれ設定されることを特徴とするガス検出装置。
【請求項８】
請求項７に記載のガス検出装置において、
前記第１検出部は、前記第１発熱体を含む抵抗ブリッジ回路と、前記第１発熱体を含む抵抗ブリッジ回路に接続されて前記第１発熱体の温度をコントロールするオペアンプと、第１補助ヒータを含む抵抗ブリッジ回路と、前記第１補助ヒータを含む抵抗ブリッジ回路に接続されて前記第１補助ヒータの温度をコントロールするオペアンプと、を備え、
前記第２検出部は、前記第２発熱体を含む抵抗ブリッジ回路と、前記第２発熱体を含む抵抗ブリッジ回路に接続されて前記第２発熱体の温度をコントロールするオペアンプと、第２補助ヒータを含む抵抗ブリッジ回路と、前記第２補助ヒータを含む抵抗ブリッジ回路に接続されて前記第２補助ヒータの温度をコントロールするオペアンプと、を備え、ることを特徴とするガス検出装置。
【請求項９】
請求項１に記載のガス検出装置において、
前記第２信号の補正を行う補正部を有し、
前記第２信号の補正は、変換演算式または変換テーブルを用いて行うことを特徴とするガス検出装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のガス検出装置において、
前記補正部は、前記変換テーブルとして湿度を算出する変換テーブル及び湿度を補正量に変換する変換テーブルを備えると共に、前記第２信号に補正量を加減算する加減算部を有することを特徴とするガス検出装置。
【請求項１１】
請求項１に記載のガス検出装置において、
前記発熱体は、シリコン基板上に形成された薄膜で構成されることを特徴とするガス検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のガスの物理量を検出可能なガス検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の燃費・排気規制の強化、及びエンジンの高効率化に対応するため、従来の吸入空気に関する流量、温度及び圧力に加えて、吸入空気中の水分量（湿度）及びＣＯ２などの検出ニーズが増している。
【０００３】
気体の物理量を検出して電気信号に変換するガス検出装置として、半導体プロセスを用いて厚さ数μmの薄膜部に発熱体を形成した熱式のガス検出装置が知られている。例えば、湿度変化に応じた雰囲気の熱伝導率（放熱量）の変化から湿度を検出するガス検出装置として特開２０１７−９６８５６公報（特許文献１）の気体センサ装置が知られている。
【０００４】
特許文献１の気体センサ装置は、薄膜部に形成した検出ヒータと、検出ヒータを取り囲むように形成した温度補償ヒータと、検出ヒータの加熱温度を制御する検出ヒータ加熱制御回路と、検出ヒータの加熱温度よりも低い加熱温度に温度補償ヒータの加熱温度を制御する温度補償ヒータ加熱制御回路と、を備えている（要約参照）。特許文献１の気体センサ装置では、検出ヒータの加熱温度を５００℃程度に制御し、温度補償ヒータの加熱温度を３００℃程度に制御している（段落００２２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−９６８５６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の気体センサ装置は、湿度（水分量）を検出するために設計されている。このために、検出ヒータ温度は５００℃程度に設定される。この場合、Ｈ２ＯとＣＯ２とが混ざった気体から湿度（Ｈ２Ｏ濃度）及びＣＯ２濃度の両方を検出することは困難であり、事実、特許文献１では湿度及びＣＯ２濃度の両方を検出することについての配慮がなされていない。
【０００７】
本発明の目的は、湿度及びＣＯ２濃度の両方を精度よく検出することができるガス検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
発熱体の放熱量変化から気体の濃度を測定するガス検出装置において、
第１温度における発熱体の放熱量に基づいた第1信号から湿度を検出し、
第２温度における発熱体の放熱量に基づいた第２信号を検出し、
前記第１信号を用いて前記第２信号を補正することにより、二酸化炭素濃度を検出する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、湿度及びＣＯ２濃度の両方を精度よく検出することができるガス検出装置を提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例（実施例１）に係るガス検出装置の回路構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施例（実施例１）に係るガス検出装置の回路構成を説明するための概念図である。
【図３】ヒータ温度に対する気体の熱伝導率の感度を示す概略図である。
【図４】ガス検出感度のヒータ温度に対する依存性を示す概略図であり、ＣＯ２濃度の検出誤差を説明する図である。
【図５Ａ】本発明に係るガス検出装置における湿度及びＣＯ２濃度の検出手段を説明する図である。
【図５Ｂ】湿度及びＣＯ２濃度に対する検出ヒータ感度Δλのヒータ温度（Ｔｈ）に対する依存性を示す図である。
【図６】本発明に係るガス検出装置における検出ヒータの設定温度を示す概略図である。
【図７】本発明に係るガス検出装置で用いられる湿度量と検出信号（センサ出力）との変換テーブルを示す図である。
【図８】本発明に係るガス検出装置で用いられる湿度量と湿度補正量との変換テーブルを示す図である。
【図９】本発明に係るガス検出装置における補正演算の効果説明図である。
【図１０】本発明に係るガス検出装置における出力レベル比較図である。
【図１１Ａ】本発明に係るガス検出装置におけるＣＯ２濃度の検出温度の上下限値の見積もり図である。
【図１１Ｂ】本発明に係るガス検出装置におけるＣＯ２濃度の検出温度の上下限値の見積もり図である。
【図１２】本発明の実施例２に係るガス検出装置の構成図である。
【図１３】本発明の実施例３に係るガス検出装置の構成図である。
【図１４】本発明の実施例３に係るガス検出装置の補正演算の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。
【００１２】
本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数または順序を限定するものではない。また、構成要素の識別のための番号は文脈毎に用いられ、一つの文脈で用いた番号が、他の文脈で必ずしも同一の構成を示すとは限らない。また、ある番号で識別された構成要素が、他の番号で識別された構成要素の機能を兼ねることを妨げるものではない。
【００１３】
図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
【００１４】
本明細書において単数形で表される構成要素は、特段文脈で明らかに示されない限り、複数形を含むものとする。
【００１５】
［実施例１］
図１を用いて、本実施例に係るガス検出装置１００Ａの構成について説明する。図１は、本発明の一実施例（実施例１）に係るガス検出装置１００Ａの回路構成を示すブロック図である。
【００１６】
圧力センサ153および温度センサ１５１の各信号は、ＡＤＣ（アナログ・デジタル変換器）１０４,１５４でデジタル変換後、補正部１１１でコード変換されて出力される。ガス検出部１０５は、抵抗ブリッジ回路１０２,１１７を構成して、抵抗ブリッジ回路１０２に構成された検出ヒータ１０１からの放熱量をモニタして湿度信号１５９としている。このために、検出ヒータ１０１の温度はオペアンプ１０３でフィードバックされてコントロールされている。また、抵抗ブリッジ回路１１７に構成されたサブヒータ（温度補償ヒータ、補助ヒータ）１１５の温度はオペアンプ１１９でフィードバックされてコントロールされている。
【００１７】
圧力センサ１５３及び温度センサ１５１の各信号は、ＡＤＣ１０４，１５４でデジタル変換された後、図示しないコード変換部でコード変換され、コード出力として、ガス検出装置１００Ａから出力される。ＡＤＣ１０４はΔΣＡＤＣが用いられ、ＡＤＣ１５４は逐次比較ＡＤＣが用いられる。一方、ガス検出部１０５で検出されたガス検出部検出信号１５９は、ＰＧＡ（プログラマブル・ゲイン・アンプ）１６２で増幅されてからＡＤＣ１０４でデジタル変換された後、補正部１１１で後述する補正が行われる。補正されたガス検出部検出信号１５９は、図示しないコード変換部でコード変換され、コード出力として、ガス検出装置１００Ａから出力される。
【００１８】
なお、圧力センサ１５３及び温度センサ１５１の各信号を用いた補正については、実施例３で詳細に説明するが、この補正は本発明において必須なものではなく、この補正を用いることにより、湿度（Ｈ２Ｏ濃度）及びＣＯ２濃度の検出精度を高めることができる。
【００１９】
図２を用いて、ガス検出装置１００Ａの構成について説明する。図２は、本発明の一実施例（実施例１）に係るガス検出装置１００Ａの回路構成を説明するための概念図である。
【００２０】
ガス検出装置１００Ａは、ガスの物理量を検出するガス検出部１０５と、検出したガスの物理量を補正する補正部１１１と、を有する。本実施例では、ガス検出部１０５はガスの物理量として湿度（Ｈ２Ｏ濃度）及びＣＯ２濃度を検出する。
【００２１】
ガス検出部１０５は、湿度（Ｈ２Ｏ濃度）及びＣＯ２濃度を検出する検出ヒータ１０１を含む抵抗ブリッジ回路１０２と、検出ヒータ１０１の温度をコントロールするオペアンプ１０３と、検出環境の温度を調整するサブヒータ（温度補償ヒータ、補助ヒータ）１１５を含む抵抗ブリッジ回路１１７と、サブヒータ１１５の温度をコントロールするオペアンプ１１９と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤＣ１０４と、検出ヒータ１０１の温度を湿度及びＣＯ２濃度の検出温度に調整する温度制御部１２０と、を備える。オペアンプ１０３は抵抗ブリッジ回路１０２の電圧Ｖ２及びＶｒｅｆを入力として出力電圧Ｖ１をコントロールする。オペアンプ１１９は抵抗ブリッジ回路１１７の電圧Ｖｓ２及びＶｓ３を入力として出力電圧Ｖｓ１をコントロールする。
【００２２】
補正部１１１は、湿度濃度を算出する湿度量検出演算部１１２と、湿度濃度を補正量に変換する変換演算部１１３と、変換した補正量に基づいてＣＯ２濃度の検出値を補正する加減算部（補正演算部）１１４を有する構成である。湿度量検出演算部１１２は、変換演算式または変換テーブル１１２ａを備え、湿度を算出又は選択する。変換演算部１１３は、変換演算式または変換テーブル１１３ａを備え、補正量を算出又は選択する。
【００２３】
ここで、図３及び図４を用いて、湿度及びＣＯ２濃度の検出に関する課題を説明する。図３は、ヒータ温度に対する気体の熱伝導率の感度を示す概略図である。図４は、ガス検出感度のヒータ温度に対する依存性を示す概略図であり、ＣＯ２濃度の検出誤差を説明する図である。
【００２４】
図３では、横軸にヒータ温度、縦軸に熱伝導率差を示す。湿度（Ｈ２Ｏ濃度）を検出する場合、湿度信号を精度良く検出するために、検出ヒータの温度を３００〜３５０℃に設定している。この設定温度では、空気とＣＯ２の熱伝導率がほぼ等しいため、ＣＯ２の影響を受けることなく、湿度を検出することができる。しかしこの設定温度では、ＣＯ２の濃度を検出することができない。
【００２５】
図４では、横軸にヒータ温度、縦軸に空気が１００％の場合（Ａｉｒ１００％）とのセンサ出力の差を示す。ＣＯ２の濃度を検出するために、空気との熱伝導率の差分を大きく取れる様に、例えば検出ヒータの温度を４５０℃に設定した場合、ＣＯ２単体の出力値（ＣＯ２）に対して、湿度を含むガスのセンサ出力（Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２）は、ＣＯ２の濃度に湿度が加算された信号出力値を示し、湿度信号分（Ｈ２Ｏ）の誤差を含む。
【００２６】
図５Ａは、本発明に係るガス検出装置１００Ａにおける湿度及びＣＯ２濃度の検出手段を説明する図である。図５Ｂは、湿度及びＣＯ２濃度に対する検出ヒータ感度Δλのヒータ温度（Ｔｈ）に対する依存性を示す図である。
【００２７】
図５Ａに示すように、湿度を検出する場合の検出ヒータ１０１の設定温度（第１温度）Ｔｈ１は、３００〜３５０℃の範囲に設定され、本実施例では３５０℃とする。すなわち、Ｔｈ１＝３５０℃とする。一方、ＣＯ２濃度を検出する場合の検出ヒータ１０１の設定温度（第２温度）Ｔｈ２は、湿度を検出する設定温度Ｔｈ１よりも高い設定温度である、例えば４５０℃とする。すなわち、Ｔｈ２＝４５０℃とする。
【００２８】
ＣＯ２濃度検出時の設定温度Ｔｈが４５０℃の場合、湿度を含むＣＯ２濃度が検出されてしまうので、湿度検出分を補正してＣＯ２濃度を求める。この場合、湿度測定とＣＯ２濃度測定とを1つのガス検出部１０５（検出ヒータ１０１）で、設定温度Ｔｈを切換ながら行う。すなわちガス検出装置１００Ａは、湿度測定（湿度検出）とＣＯ２濃度測定（ＣＯ２濃度検出及び補正）とを時分割で交互に繰り返す。ここで、ＣＯ２濃度測定はＣＯ２濃度検出と検出したＣＯ２濃度の補正とを含むプロセスである。なおＣＯ２濃度の補正は、次の湿度測定と重複して行われてもよい。また、湿度検出及びＣＯ２濃度検出における環境温度範囲は、一般的に−４０℃〜１２０℃である。
【００２９】
本実施例のガス検出装置１００Ａ（後述する１００Ｂ及び１００Ｃを含む）は、発熱体である検出ヒータ１０１を用いる、いわゆる熱式ガスセンサである。この発熱体１０１は、シリコン基板上に半導体プロセスを用いて形成された薄膜で構成される。熱式ガスセンサは、検出ガスの熱伝導率の違いを所定の温度に加熱した検出ヒータからの放熱量が変化する原理からガス濃度を検出している。そのため、定常状態で検出ヒータからの放熱量を一定に保つため、サブヒータ（温度補償ヒータ、補助ヒータ）が必要である。
【００３０】
本実施例のガス検出装置１００Ａは、図２に示すように、ガス検出部１０５にサブヒータ１１５を含む抵抗ブリッジ回路１１７とオペアンプ１１９とで温度補償回路を構成し、オペアンプ１１９の出力Ｖｓ１を抵抗ブリッジ回路１１７にフィードバックしてサブヒータ１１５の温度をコントロールしている。サブヒータ１１５の温度は、例えば、湿度の検出温度３５０℃に対して、２００℃に設定されている。またサブヒータ１１５の温度は、例えば、ＣＯ２濃度の検出温度４５０℃に対して、３００℃に設定されている。サブヒータ１１５は発熱体である検出ヒータ１０１の周辺に設けられる。
【００３１】
湿度検出とＣＯ２濃度検出とでサブヒータ１１５の設定温度に違いがあるが、抵抗ブリッジ回路１０７を構成しているＲ２１の抵抗値を変更することで、それぞれの設定温度に制御することができる。また、検出ヒータ１０１における設定温度Ｔｈ１とＴｈ２との温度切替も抵抗ブリッジ回路１０２を構成しているＲ２１の抵抗値を変更することで、実行することができる。検出ヒータ１０１及びサブヒータ１１５における設定温度の変更、すなわち抵抗値の変更は温度制御部１２０で行う。
【００３２】
図６を用いて、検出ヒータ１０１の設定温度範囲について説明する。図６は、本発明に係るガス検出装置１００Ａにおける検出ヒータ１０１の設定温度を示す概略図である。
【００３３】
図６では、横軸に検出ヒータ温度Ｔｈ、縦軸に熱伝導率差（Δ熱伝導率）を示す。燃費向上の観点でＥＧＲ＝３０％を想定したときの、Ｈ２Ｏ及びＣＯ２の排ガス中における含有率（Ｈ２Ｏ＝２．７％、ＣＯ２＝７％）を考慮して、Ｈ２Ｏ＝２５．１ｇ／ｋｇとＣＯ２＝７０ｇ／ｋｇのガス濃度における熱伝導率と検出ヒータ温度（検出ヒータ１０１の設定温度）との関係をプロットした。この図から、ＣＯ２検出のための検出ヒータ温度を求めると、ＣＯ２検出時の検出ヒータ１０１の温度Ｔｈ２を湿度検出時の温度Ｔｈ１より低く（２６０℃以下）または、高く（３９０℃以上）に設定するとよいことが分かる。本実施例では、検出ヒータ１０１の設定温度Ｔｈ１として、３９０℃以上の４５０℃に設定しているが、２６０℃以下の温度に設定することもできる。
【００３４】
次に、図６と共に図７乃至９を用いて、ＣＯ２検出の手順について説明する。図７は、本発明に係るガス検出装置１００Ａで用いられる湿度量と検出信号（センサ出力）との変換テーブルを示す図である。図８は、本発明に係るガス検出装置１００Ａで用いられる湿度量と湿度補正量との変換テーブルを示す図である。図９は、本発明に係るガス検出装置１００Ａにおける補正演算の効果説明図である。
【００３５】
手順（１）（湿度検出＠３５０ｄｅｇ）：ガス検出部１０５で検出ヒータ温度Ｔｈを３５０℃（Ｔｈ１）に設定して絶対湿度を測定する。その湿度信号レベルと、補正部１１１に準備してある湿度量と検出信号との関係演算式または変換テーブルから絶対湿度を求める。
【００３６】
手順（２）（湿度補正量決定＠４５０ｄｅｇ）：ガス検出ヒータ温度Ｔｈを例えば４５０℃（Ｔｈ２）に設定して湿度誤差を含んだＣＯ２濃度を測定する。そして、その際余分に検出した湿度誤差分を求める。補正部１１１に準備してある湿度量と湿度補正量との変換演算式または変換テーブルから手順（１）で求めた絶対湿度に対応する補正量を求める。
【００３７】
手順（３）（混合ガス検出量の実測と補正計算＠４５０ｄｅｇ）：手順（２）で検出した湿度誤差を含むＣＯ２濃度を手順（２）で求めた補正量で補正して、湿度誤差分を補正したＣＯ２量を求める。この補正は、湿度誤差を含むＣＯ２量に対して、補正部１１１の加減算部１１４で、手順（２）で求めた補正量を加減算して湿度誤差分を取り除いたＣＯ２信号を出力する。
【００３８】
具体的には、まず、図７に示す湿度量と検出信号との変換テーブルを用いて、例えば湿度検出信号４ｍＶから絶対湿度１１ｇ／ｋｇを求める。次に、図８に示す湿度量と湿度補正量との変換テーブルを用いて、絶対湿度１１ｇ／ｋｇから湿度補正量５ｍＶを求める。最後に、図９に示すように例えばＣＯ２量３００ｇ／ｋｇ時の検出信号（センサ出力）は、例えば湿度１１ｇ／ｋｇの湿度信号を含めた出力９ｍＶから補正量５ｍＶを減算すると４ｍＶのＣＯ２信号出力が得られる。この結果は、図９に示す通り、湿度量０ｇ／ｋｇの時のＣＯ２出力特性とほぼ一致しており、補正により精度よくＣＯ２を検出可能であることが確認できる。
【００３９】
ここで、図１０，１１Ａ，１１Ｂを用いて、ＣＯ２検出温度の下限値３９０℃の根拠について説明する。
【００４０】
図１０は、本発明に係るガス検出装置１００Ａにおける出力レベル比較図である。図１１Ａ及び図１１Ｂは、本発明に係るガス検出装置におけるＣＯ２濃度の検出温度の上下限値の見積もり図である。
【００４１】
図１０において、湿度２５．１ｇ／ｋｇの検出レベルとＣＯ２の検出レベルを比較する。例えば検出温度４５０℃（Ｈ２Ｏ＿４５０）で湿度１０．５ｍＶに対してＣＯ２（ＣＯ２＿４５０）は２ｍＶ程度である。この出力レベルから、センサの許容出力ばらつきを決めて、コード出力の許容値から検出温度の許容値を求めた。まず、センサの許容出力ばらつきをＣＯ２検出レベル２ｍＶから１割のノイズを許容して±０．２ｍＶとする。この入力ばらつきに対して、出力コードばらつきの検出温度依存性を確認した。その結果とばらつき仕様２．５ｇ／ｋｇから求まるコード出力許容値２０コードをプロットすると、設定温度を３９０℃以上にしないとコード出力許容値２０を満足できないことが分かる。同様に低温側の設定温度の上限を同様に求めると２６０℃以下であった。
【００４２】
すなわち、３００〜３５０℃の範囲はノイズの影響があり、ＣＯ２濃度の検出に使えない。
【００４３】
上述したように、本実施例のガス検出装置１００Ａ（後述する１００Ｂ及び１００Ｃも含む）は、発熱体の放熱量変化から気体の濃度を測定するガス検出装置であり、第１温度Ｔｈ１における発熱体（検出ヒータ）１０１の放熱量に基づいた第1信号から湿度を検出し、第２温度Ｔｈ２における発熱体１０１の放熱量に基づいた第２信号を検出する。そして、第１信号を用いて第２信号を補正することにより、二酸化炭素濃度を検出する。
【００４４】
また、Ｔｈ１（第１温度）及びＴｈ２（第２温度）を一つの検出ヒータ（発熱体）１０１で切り替えることにより、一つの検出ヒータ１０１を用いて第１信号及び第２信号を検出することになる。この場合、サブヒータ１１５はＴｈ１（第１温度）及びＴｈ２（第２温度）に応じて温度が変化し、検出ヒータ１０１からの放熱量が湿度又は湿度を含むＣＯ２濃度に応じた一定値に保たれるようにする。これにより、ガス検出装置１００Ａを小型化すると共に、高精度なガス濃度測定を実現することができる。
【００４５】
本実施例のガス検出装置１００Ａは、湿度とＣＯ２濃度をそれぞれの設定温度で検出した信号から、湿度信号の誤差分を補正部１１１で処理することで、湿度検出誤差を低減可能である。また、ＣＯ２検出時の検出ヒータ１０１の設定温度を湿度検出時の検出ヒータ１０１の設定温度より低くまたは高くすることで、空気とＣＯ２との熱伝導率に差分を得ることができ、ＣＯ２検出感度の向上が可能である。具体的には、本実施例のガス検出装置１００Ａは、検出ヒータ温度３５０℃で求めた絶対湿度と検出ヒータ温度４５０℃で求めたＣＯ２信号から湿度補正テーブル（変換テーブル）により、湿度誤差を含んでいないＣＯ２ガスと同等のセンサ出力を得ることができ、湿度誤差を低減することができる。
【００４６】
［実施例２］
図１２は、本発明の実施例２に係るガス検出装置１００Ｂの構成図である。実施例１と同様な構成には実施例１と同じ符号を付し、説明を省略する。以下、実施例１と異なる構成について説明する。
【００４７】
ガス検出装置１００Ｂは湿度検出部１０５ＡとＣＯ２検出部１０５Ｂと補正部１１１とを有する。湿度検出部１０５Ａは、湿度を検出する湿度検出ヒータ１０１Ａを含む抵抗ブリッジ回路１０２Ａと、湿度検出ヒータ１０１Ａの温度をコントロールするオペアンプ１０３Ａと、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤＣ１０４Ａと、湿度検出環境の温度を調整するサブヒータ（温度補償ヒータ）１１５Ａを含む抵抗ブリッジ回路１１７Ａと、サブヒータ１１５Ａの温度をコントロールするオペアンプ１１９Ａと、を備える。
ＣＯ２検出部１０５Ｂは、ＣＯ２濃度を検出するＣＯ２濃度検出ヒータ１０１Ｂを含む抵抗ブリッジ回路１０２Ｂと、ＣＯ２濃度検出ヒータ１０１Ｂの温度をコントロールするオペアンプ１０３Ｂと、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤＣ１０４Ｂと、備える。
【００４８】
すなわち本実施例のガス検出装置１００Ｂは、第１検出部（湿度検出部）１０５Ａと第２検出部（ＣＯ２検出部）１０５Ｂとを備える。第１検出部１０５Ａは、第１発熱体（湿度検出ヒータ）１０１Ａを含む抵抗ブリッジ回路１０２Ａと、第１発熱体１０５Ａを含む抵抗ブリッジ回路１０２Ａに接続されて第１発熱体１０１Ａの温度をコントロールするオペアンプ１０３Ａと、第１補助ヒータ（サブヒータ）１１５Ａを含む抵抗ブリッジ回路１１７Ａと、第１補助ヒータ１１５Ａを含む抵抗ブリッジ回路１１７Ａに接続されて第１補助ヒータ１１５Ａの温度をコントロールするオペアンプ１１９Ａと、を備える。第２検出部１０５Ｂは、第２発熱体（ＣＯ２検出ヒータ）１０１Ｂを含む抵抗ブリッジ回路１０２Ｂと、第２発熱体１０１Ｂを含む抵抗ブリッジ回路１０２Ｂに接続されて第２発熱体１０１Ｂの温度をコントロールするオペアンプ１０３Ｂと、第２補助ヒータ（サブヒータ）１１５Ｂを含む抵抗ブリッジ回路１１７Ｂと、第２補助ヒータ１１５Ｂを含む抵抗ブリッジ回路１１７Ｂに接続されて第２補助ヒータ１１５Ｂの温度をコントロールするオペアンプ１１９Ｂと、を備える。
【００４９】
本実施例は、湿度検出部１０５ＡとＣＯ２検出部１０５Ｂとを個別に備えた点で実施例１と異なる。すなわち本実施例のガス検出装置１００Ｂは、湿度を検出する第１発熱体１０１Ａを有する第１検出部１０５Ａおよび二酸化炭素濃度を検出する第２発熱体１０１Ｂを有する第２検出部１０５Ｂを独立して備え、第１発熱体１０１Ａは第１温度Ｔｈ１に、第２発熱体１０１Ｂは第２温度Ｔｈ２に、それぞれ設定される。
【００５０】
本実施例のその他の構成は実施例１と同様である。従って、補正部１１１は実施例１と同様であり、補正部１１１内に湿度を算出する変換テーブル１１２ａと、湿度を補正量に変換する変換テーブル１１３ａと、変換した補正量に基づいてＣＯ２濃度の検出値を補正する加減算部１１４と、を有する。なお、変換テーブル１１２ａ及び１１３ａは、演算式であっても構わない。
【００５１】
本実施例は、実施例１に対して、湿度検出部１０５ＡとＣＯ２濃度検出部１０５Ｂとを独立して備えた構造であり、実施例１の効果に加えて、検出ヒータの温度を切り替えることなく同時に異種のガスを検出することができ、さらに効率よく内燃機関のＥＧＲ制御を実行することが可能となる。
【００５２】
［実施例３］
図１３は、本発明の実施例３に係るガス検出装置の構成図である。
【００５３】
本実施例の基本構成は、実施例２と同じである。実施例２との違いは、圧力センサ１５３と温度センサ１５１を配置し、圧力と温度に感度を持つＣＯ２濃度検出部１０５Ｂの出力信号の高精度化のために、補正部１１１による補正演算処理を施すセンサモジュール構成である。
【００５４】
具体的な構成を説明する。圧力センサ１５３および温度センサ１５１の各信号は、ＡＤＣ１５４，１０４でデジタル変換後、補正部１１１のコード変換部１４０（図１４参照）でコード変換して出力する。湿度検出部１０５ＡおよびＣＯ２検出部１０５Ｂは、実施例２と同様に、抵抗ブリッジ回路１０２Ａ，１０２Ｂを構成して検出ヒータ１０１Ａ，１０１Ｂからの放熱量をモニタして湿度信号１５９ＡおよびＣＯ２信号１５９Ｂとしているため、検出ヒータ１０１Ａ，１０１Ｂの温度をオペアンプ１０３Ａ，１０３Ｂでフィードバックしてコントロールしている。湿度信号１５９ＡおよびＣＯ２信号１５９Ｂは、ＰＧＡ１６２Ａ，１６２Ｂで信号を増幅してからＡＤＣ１０４でデジタル変換後、補正部１１１に送られる。ＣＯ２信号１５９Ｂは補正部１１１で温度と圧力の補正に加え、湿度の誤差を補正される。
【００５５】
図１４は、本発明の実施例３に係るガス検出装置の補正演算の詳細図である。図１４では、圧力センサ１５３および温度センサ１５１の各信号を用いた温度と圧力の補正に重点を置いて図示しており、例えば湿度信号の出力等については図示を省略している。
【００５６】
補正部１１１には、温度補正部３１５、圧力補正部３１６および湿度補正部３１７を配置している。湿度補正部３１７では、絶対湿度と湿度変換量を湿度変換補正テーブル３１８から求め、湿度誤差を含んだＣＯ２信号からその補正量を加減算部１１４で減算してＣＯ２信号を出力している。湿度補正部３１７は、実施例１及び２における湿度量検出演算部１１２及び湿度濃度を補正量に変換する変換演算部１１３で構成される。また湿度変換補正テーブル３１８は、実施例１及び２における変換テーブル１１２ａ及び１１３ａであり、演算式であっても構わない。これにより、本実施例においても実施例１と同様の効果がある。さらに、圧力と温度に対する誤差についても補正演算することにより、さらに精度のよいＣＯ２検出が可能になる。
【００５７】
なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…ガス検出装置、１０１…発熱体、１０１Ａ…第１発熱体（湿度検出ヒータ）、１０１Ｂ…第２発熱体（ＣＯ２検出ヒータ）、１０２Ａ…第１発熱体（湿度検出ヒータ）１０１Ａを含む抵抗ブリッジ回路、１０２Ｂ…第２発熱体（ＣＯ２検出ヒータ）１０１Ｂを含む抵抗ブリッジ回路、１０３Ａ…抵抗ブリッジ回路１０２Ａに接続されるオペアンプ、１０３Ｂ…抵抗ブリッジ回路１０２Ｂに接続されるオペアンプ、１０５Ａ…第１検出部（湿度検出部）、１０５Ｂ…第２検出部（ＣＯ２検出部）、１１５Ａ…第１補助ヒータ（サブヒータ）、１１７Ａ…第１補助ヒータ（サブヒータ）１１５Ａを含む抵抗ブリッジ回路、１１７Ｂ…第２補助ヒータ（サブヒータ）１１５Ｂを含む抵抗ブリッジ回路、１１９Ａ…抵抗ブリッジ回路１１７Ａに接続されるオペアンプ、１１５Ｂ…第２補助ヒータ（サブヒータ）、１１９Ｂ…第２補助ヒータ１１５Ｂを含む抵抗ブリッジ回路１１７Ｂに接続されるオペアンプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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