(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一、第二、第三、第四抵抗体を組み込んで、前記第一抵抗体と前記第二抵抗体との間、及び、前記第三抵抗体と前記第四抵抗体との間の出力を検出する第一出力検出部を設けてブリッジ回路を形成し、
前記第一抵抗体と前記第三抵抗体との間、及び、前記第二抵抗体と前記第四抵抗体との間に第五抵抗体を介して電圧を印加する電圧入力部を設けると共に、
前記ブリッジ回路の出力とは独立に変化する前記第五抵抗体にかかる電圧を測定する第二出力検出部を設け、
前記ブリッジ回路の前記第一抵抗体として、第一ガス種に対して選択的にガス検知可能な第一ガス検知素子を組み込むとともに、前記第二抵抗体あるいは前記第三抵抗体として、前記第一ガス種以外の第二ガス種に対して選択的にガス検知可能な第二ガス検知素子を組み込み、かつ、残りの抵抗体としてそれぞれ、固定抵抗を組み込んであるガス検知回路。
【請求項２】
前記ブリッジ回路に可変抵抗を組み込んである請求項１に記載のガス検知回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス検知回路に関し、例えばガスセンサ等に組み込んでガス検知を行うガス検知回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のガス検知回路は、第一、第二、第三、第四抵抗体を組み込むとともに、前記第一抵抗体と第三抵抗体との間、及び、前記第二抵抗体と第四抵抗体との間に電圧を印加する電圧入力部を設け、前記第一抵抗体と第二抵抗体との間、及び、前記第三抵抗体と第四抵抗体との間で出力を検出する出力検出部を設けて前記ブリッジ回路を設け、前記ブリッジ回路の第一抵抗体として、第一ガス種に対して選択的にガス検知可能な第一ガス検知素子を組み込み、かつ、残りの抵抗体としてそれぞれ、固定抵抗を組み込んであるものが知られていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のガス検知回路によれば、第一ガス種に対して選択的にガス検知可能な第一ガス検知素子を組み込んであるために、前記第一ガス種に関しては、ガスを検知したり、濃度を測定したりすることが出来るものの、一つの環境内で、２種のガスを個別に検知したいような場合には、上述の第一ガス検知素子に替えて、第二ガス種に対して選択的にガス検知可能な第二ガス検知素子を組み込んである別のガス検知回路を用い、各別にガス検知を行わねばならなかった。そのため、例えば、前記ガス検知回路を有するガスセンサを用いる場合には、２つのガスセンサを用いねばならず、ガス検知操作が煩雑になるとともに、ガスセンサのためのスペースを大きく必要とするという欠点があった。また、一つのガスセンサ内に上述のガス検知回路を２つ設けたガスセンサを想定するにしても、前記回路を択一的に用いなければならない状況にかわりなく、やはり、ガス検知操作が煩雑になるという欠点は避けられなかった。尚、上述のいずれの場合にも、前記ガス検知操作を簡略化するために、各ガス検知回路それぞれを、常時作動させておくことも考えられるが、このようにすれば、消費電力が嵩み、ランニングコストが嵩むという欠点があることはいうまでもない。
【０００４】
そこで、本発明者らは、ブリッジ回路の抵抗体のうち２個を、ガスを択一的に検知可能なガス検知素子としておくことによって、２種のガスの濃度を択一的に測定可能にするガス検知回路を提案している。具体的には、第一、第二、第三、第四抵抗体を組み込むとともに、前記第一抵抗体と第三抵抗体との間、及び、前記第二抵抗体と第四抵抗体との間に電圧を印加する電圧入力部を設け、前記第一抵抗体と第二抵抗体との間、及び、前記第三抵抗体と第四抵抗体との間で出力を検出する出力検出部を設けて前記ブリッジ回路を設け、前記ブリッジ回路の第一抵抗体として、第一ガス種に対して選択的にガス検知可能な第一ガス検知素子を組み込むとともに、前記第二抵抗体あるいは第三抵抗体として、第一ガス種以外の第二ガス種に対して選択的にガス検知可能な第二ガス検知素子を組み込み、かつ、残りの抵抗体としてそれぞれ、固定抵抗を組み込んであるガス検知回路を設けることにより、以下のような作用効果を期待するものである。
【０００５】
つまり、第一、第二、第三、第四抵抗体を組み込むとともに、前記第一抵抗体と第三抵抗体との間、及び、前記第二抵抗体と第四抵抗体との間に電圧を印加する電圧入力部を設け、前記第一抵抗体と第二抵抗体との間、及び、前記第三抵抗体と第四抵抗体との間で出力を検出する出力検出部を設けて前記ブリッジ回路を設け、前記ブリッジ回路の第一抵抗体として、第一ガス種に対して選択的にガス検知可能な第一ガス検知素子を組み込むとともに、前記第二抵抗体として、第一ガス種以外の第二ガス種に対して選択的にガス検知可能な第二ガス検知素子を組み込み、かつ、残りの抵抗体としてそれぞれ、固定抵抗を組み込んであるガス検知回路を構成すれば、例えば前記第一ガス種が前記ガス検知回路の前記各ガス検知素子に達したときに、前記第一ガス検知素子は抵抗が変化するものの、前記第二ガス検知素子はほとんど抵抗が変化しないために、前記第二ガス検知素子は固定抵抗の役割を果たし、前記ガス検知回路は前記第一抵抗体としての前記第一ガス検知素子の抵抗の変化を前記出力検出部からの出力として得ることが出来る。また、この構成において、前記第二ガス種が前記ガス検知回路の前記各ガス検知素子に達したときには、逆に、前記第一ガス検知素子は固定抵抗の役割を果たし、前記ガス検知回路は前記第二抵抗体としての前記第二ガス検知素子の抵抗の変化を前記出力検出部からの出力として得ることが出来る。
従って、上述の構成のガス検知回路は、前記各ガス検知素子の抵抗の変化から前記第一ガス種及び第二ガス種の存在、あるいは、濃度を各別に検知することのできるものとなる。
【０００６】
ところが上述の構成によっても、２種の混在するガス種を区別しながらそれぞれのガス濃度を正確に求めるということはできなかった。なぜなら、上述のガス検知回路の各ガス検知素子が、第一ガス種と第二ガス種とが共存する環境下にさらされたときには、各ガス検知素子ともに抵抗値が変化するために、前記出力検出部からの出力は各ガス検知素子の抵抗値変化の合成値として出力される。そのため、前記出力から各ガス検知素子それぞれの抵抗値の変化量を求めることが出来ない。従って、その抵抗値の変化量に対応するガス濃度を知ることが出来ないからである。そのため、２種のガスが混在している可能性があるような場合には、それぞれのガスに対応したガス検知素子を各別に有する、２種のガス検知回路を用い、各別に濃度を測定しなければならないという事情は、改善されていなかった。また、２種のガスが混在している可能性のある場合、先のガス濃度測定結果が信頼性のおけるものとはいい難く、信頼性高く複数種のガスの濃度を同時に測定できるガス検知装置を簡単な構成で実現する事が望まれている。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みなされたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明のガス検知回路の特徴構成は、第一、第二、第三、第四抵抗体を組み込んで、前記第一抵抗体と前記第二抵抗体との間、及び、前記第三抵抗体と前記第四抵抗体との間の出力を検出する第一出力検出部を設けてブリッジ回路を形成し、前記第一抵抗体と前記第三抵抗体との間、及び、前記第二抵抗体と前記第四抵抗体との間に第五抵抗体を介して電圧を印加する電圧入力部を設けると共に、前記ブリッジ回路の出力とは独立に変化する前記第五抵抗体にかかる電圧を測定する第二出力検出部を設け、前記ブリッジ回路の前記第一抵抗体として、第一ガス種に対して選択的にガス検知可能な第一ガス検知素子を組み込むとともに、前記第二抵抗体あるいは前記第三抵抗体として、前記第一ガス種以外の第二ガス種に対して選択的にガス検知可能な第二ガス検知素子を組み込み、かつ、残りの抵抗体としてそれぞれ、固定抵抗を組み込んである点にある。
また、前記ブリッジ回路に可変抵抗を組み込んであることが望ましい。
【０００９】
〔作用効果〕
つまり、先に提案されているガス検知回路においては、ガス検知素子が２つあるのに対して、出力可能な部位が、前記第一抵抗体と前記第二抵抗体との間、及び、前記第三抵抗体と前記第四抵抗体との間にわたるブリッジ電圧を測定する出力検出部のみであり、他の抵抗体にかかる電圧値を出力しても、前記ブリッジ電圧と既知の抵抗値とから自明な出力値しか得られないのに対して、本特徴構成のブリッジ回路には、第五抵抗体を介して電圧供給可能に構成してある事から、前記第五抵抗体にかかる電圧を測定すると、その測定値は、前記ブリッジ回路の合成抵抗値の変化に対応して、前記ブリッジ電圧とは独立に変化するため、互いに独立した２種の出力値を得る事ができる。
【００１０】
ここで、例えば、図１に示すように、ガス検知回路を設けた場合に、
印加電圧                  ＝  Ｅ
第一ガス検知素子の抵抗値  ＝  ｒ１
第二ガス検知素子の抵抗値  ＝  ｒ２
第三抵抗体の固定抵抗値    ＝  ｒ３
第四抵抗体の固定抵抗値    ＝  ｒ４
第五抵抗体の固定抵抗値    ＝  ｒ５
としてブリッジ電圧ｖ１と、前記第五抵抗体にかかる電圧ｖ２とを求めると、数１、数２のようになる。
【００１１】
【数１】
0003630512.tif 000002
【００１２】
【数２】
0003630512.tif 000003
【００１３】
上記２式からｒ１，ｒ２を求めると、数３、４のようになる。
【００１４】
【数３】
ｒ１＝（１−Ａ−ｑ）／（Ｂ−ｐ）
【００１５】
【数４】
ｒ２＝（Ａ＋ｑ）／（Ｂ−ｐ）
【００１６】
尚、数３、４においては、Ａ，Ｂ，ｐ，ｑは、数５のとおりである。
【００１７】
【数５】
Ａ  ＝  ｖ１／（Ｅ−ｖ２）
Ｂ  ＝  １／ｒ５（Ｅ／ｖ２−１）
ｐ  ＝  １／（ｒ３＋ｒ４）
ｑ  ＝  ｒ４／（ｒ３＋ｒ４）
【００１８】
また、例えば、図２に示すように、ガス検知回路を設けた場合に、
印加電圧                  ＝  Ｅ
第一ガス検知素子の抵抗値  ＝  ｒ１
第二抵抗体の固定抵抗値    ＝  ｒ２
第二ガス検知素子の抵抗値  ＝  ｒ３
第四抵抗体の固定抵抗値    ＝  ｒ４
第五抵抗体の固定抵抗値    ＝  ｒ５
としてブリッジ電圧ｖ１と、前記第五抵抗体にかかる電圧ｖ２とを求めると、数６、数７のようになる。
【００１９】
【数６】
0003630512.tif 000004
【００２０】
【数７】
0003630512.tif 000005
【００２１】
上記２式からｒ１，ｒ３を求めると、数８、９のようになる。
【００２２】
【数８】
ｒ１＝（ｒ２＋ｒ４）／（ｒ４×Ｃ＋Ｄ）
【００２３】
【数９】
ｒ３＝（ｒ２＋ｒ４）／｛Ｃ（１−ｒ４）−Ｄ｝
【００２４】
尚、数８、９においては、Ｃ，Ｄは、数１０のとおりである。
【００２５】
【数１０】
Ｃ  ＝  １／｛ｒ５（Ｅ／ｖ２−１）｝
Ｄ  ＝  ｖ１／（Ｅ−ｖ２）
【００２６】
上述のように各ガス検知素子に、被検知ガスが接触させたときには、各ガス検知素子の抵抗値変化を独立に求める事ができるようになって、２種類の混合ガスを検知してしまったとしても、その２種類のガスにより、先の第一、第二ガス検知素子の抵抗値がそれぞれ独自に変化し、かつ、その変化量が独立に求められるので、その２種のガス濃度をそれぞれ独立に求めることができて、ガスの濃度を信頼性高く求めることができるようになった。また、混合している各ガスの混合比率等を求めることができるようになる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
＜１＞  図１に示すように、本発明のガス検知回路は、第一、第二、第三、第四、第五抵抗体Ｓ１，Ｓ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５を組み込むとともに、前記第一抵抗体Ｓ１と第三抵抗体Ｒ３との間、及び、前記第二抵抗体Ｓ２と第四抵抗体Ｒ４との間に第五抵抗体Ｒ５を介して電圧を印加する電圧入力部Ｅを設け、前記第一抵抗体Ｓ１と第二抵抗体Ｓ２との間、及び、前記第三抵抗体Ｒ３と第四抵抗体Ｒ４との間で出力を検出する第一出力検出部Ｖ１を設けてブリッジ回路を形成して、ブリッジ電圧ｖ１を測定可能に構成し、前記ブリッジ回路の前記第一抵抗体Ｓ１として、第一ガス種に対して選択的にガス検知可能な第一ガス検知素子を組み込むとともに、前記第二抵抗体Ｓ２として、第一ガス種以外の第二ガス種に対して選択的にガス検知可能な第二ガス検知素子を組み込み、かつ、残りの抵抗体としてそれぞれ、固定抵抗を組み込んである。また、前記第五抵抗体にかかる電圧を測定する第二出力検出部Ｖ２を設けてブリッジ電圧とは独立に変化する電圧ｖ２を測定可能に構成してある。
【００２８】
前記第一ガス検知素子（第一抵抗体）Ｓ１としては、一例として、焼結阻害材とともに焼結させてある酸化スズ半導体を主材としてなる感応層を備えてなる炭化水素ガス検知素子（例えば特公昭６１−５５０６２号公報参照）を用いる。
また、前記第二ガス検知素子（第二抵抗体）Ｓ２としては、一例として、酸化スズ半導体を主材としてなる感応層に、アルカリ土類金属の酸化物を添加してある一酸化炭素ガス検知素子（例えば特公平５−５１０９６号公報参照）を用いる。
【００２９】
また、このガス検知回路を備えたガス検知装置は、先のブリッジ電圧ｖ１、及び、第五抵抗体にかかる電圧ｖ２に基づいて第一ガス検知素子（第一抵抗体）Ｓ１、及び、第二ガス検知素子（第二抵抗体）Ｓ２の抵抗値ｒ１，ｒ２を演算によって求めるとともに、それぞれの抵抗値から、それぞれ対応するガス濃度を求める演算部を設けて構成してある。
【００３０】
＜２＞  前記ガス検知回路は、図２に示すように構成してあってもよい。
つまり、図２に示すように、本発明のガス検知回路は、第一、第二、第三、第四、第五抵抗体Ｓ１，Ｒ２，Ｓ３，Ｒ４，Ｒ５を組み込むとともに、前記第一抵抗体Ｓ１と第三抵抗体Ｓ３との間、及び、前記第二抵抗体Ｒ２と第四抵抗体Ｒ４との間に第五抵抗体Ｒ５を介して電圧を印加する電圧入力部Ｅを設け、前記第一抵抗体Ｓ１と第二抵抗体Ｒ２との間、及び、前記第三抵抗体Ｓ３と第四抵抗体Ｒ４との間で出力を検出する出力検出部Ｖを設けてブリッジ回路を形成して、ブリッジ電圧ｖ１を測定可能に構成し、前記ブリッジ回路の前記第一抵抗体Ｓ１として、第一ガス種に対して選択的にガス検知可能な第一ガス検知素子を組み込むとともに、前記第三抵抗体Ｓ３として、第一ガス種以外の第二ガス種に対して選択的にガス検知可能な第二ガス検知素子を組み込み、かつ、残りの抵抗体としてそれぞれ、固定抵抗を組み込んである。また、前記第五抵抗体にかかる電圧を測定する第二出力検出部Ｖ２を設けてブリッジ電圧とは独立に変化する電圧ｖ２を測定可能に構成してある。
【００３１】
前記第一ガス検知素子（第一抵抗体）Ｓ１としては、一例として、焼結阻害材とともに焼結させてある酸化スズ半導体を主材としてなる感応層を備えてなる炭化水素ガス検知素子（例えば特公昭６１−５５０６２号公報参照）を用いる。
また、前記第二ガス検知素子（第三抵抗体）Ｓ３としては、酸化スズ半導体を主材としてなる感応層に、水素ガス選択透過性の被覆層を形成してある水素ガス検知素子（例えば特公昭６１−３１４２２号公報参照）を用いる。
【００３２】
また、このガス検知回路を備えたガス検知装置は、先のブリッジ電圧ｖ１、及び、第五抵抗体にかかる電圧ｖ２に基づいて第一ガス検知素子（第一抵抗体）Ｓ１、及び、第二ガス検知素子（第三抵抗体）Ｓ３の抵抗値ｒ１，ｒ３を演算によって求めるとともに、それぞれの抵抗値から、それぞれ対応するガス濃度を求める演算部を設けて構成してある。
【００３３】
前記＜１＞ガス検知回路を用いてメタン及び一酸化炭素ガスの混合ガスの各成分ガスの濃度を測定する場合に、
上述の第一ガス検知素子（第一抵抗体）Ｓ１は、メタンガスに接触した時に、抵抗値がメタンガスの濃度の増加とともに単調減少し、また、一酸化炭素ガスに接触したとしても抵抗値はほとんど変化しないという性質を持ち、第二ガス検知素子（第二抵抗体）Ｓ２は、一酸化炭素ガスに接触した時に、抵抗値が一酸化炭素ガスの濃度の増加とともに単調減少し、また、メタンガスに接触したとしても抵抗値はほとんど変化しないという性質を持つ。
従って、上述のガスセンサにおいて、メタンガス、または、一酸化炭素ガスが単独で所定の濃度存在した時に、Ｓ１またはＳ２の抵抗値がそれぞれどのような値になるかをあらかじめ決めておけば、メタンガスと一酸化炭素が共存した場合には、先の数１〜５に示す演算によって得られたＳ１とＳ２の抵抗値の値を用いて、メタンガス及び一酸化炭素ガスの濃度をそれぞれ容易に求めることができる。
また、前記＜２＞のガス検知回路を用いた場合にも同様に、先の数６〜１０に示す演算によって得られたＳ１とＳ３の抵抗値の値を用いて、メタンガス及び水素ガスの濃度ｃをそれぞれ容易に求めることができる。
【００３４】
【実施例】
前記＜１＞のガス検知回路を有するガス検知装置をメタンガス及び一酸化炭素ガスの検知に各別に用いた場合の出力特性を表１に示すとともに、それぞれのガス検知素子の各ガスとの接触による抵抗値変化のガス検知特性を調べた結果を表２及び図３に示す。尚、出力特性として示した出力は指示値であり、相対的な数値であるとともに、ガス検知特性は、ガスとの接触がない場合の抵抗値を１とした場合の抵抗値比率である。
【００３５】
【表１】
0003630512.tif 000006
【００３６】
【表２】
0003630512.tif 000007
【００３７】
メタン及び一酸化炭素の混合ガスを作成し、上述のガス検知装置でその混合ガスの検出を行い、その混合ガスの組成を調べた結果表３のようになった。
【００３８】
【表３】
0003630512.tif 000008
【００３９】
この結果、混合ガス中のいずれのガスについても、判定結果が誤差１０％以内の高い精度で得られ、正確にガス濃度を測定できるようになって、混合ガスの組成を決める事もできるようになった。
【００４０】
尚、上述のように出力特性をもとに、ガス濃度を求める場合、ガスを検知する場合の出力を感度よく検出するためには、前記ブリッジ回路内に可変抵抗を組み込んでおき、ブリッジの各辺の抵抗のバランスを調整しておくことが好ましいが、上述のガス検知回路に基づけば、ブリッジ回路を２個組み込んだガス検知回路を用いて、同様にガス濃度の測定を行うのにくらべ、前記調整を１箇所行うだけの簡単な操作で行う事ができるので、ガス検知回路の使用上好ましいものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態＜１＞に示すガス検知回路を示す図
【図２】発明の実施の形態＜２＞に示すガス検知回路を示す図
【図３】実施例において＜１＞に用いた各ガス検知素子のガス検知特性を示すグラフ
【符号の説明】
Ｓ１        第一ガス検知素子
Ｓ２，Ｓ３  第二ガス検知素子
Ｒ２        第二抵抗体
Ｒ３        第三抵抗体
Ｒ４        第四抵抗体
Ｒ５        第五抵抗体
【図１】
0003630512.tif 000009
【図２】
0003630512.tif 000010
【図３】
0003630512.tif 000011