(57)【要約】【課題】接触燃焼式ガスセンサの劣化を精度よく検出することのできるガス警報装置を提供すること。【解決手段】接触燃焼式ガスセンサ２の比較素子２４にはキャップ部２４２が設けられており、被毒物質Ｐが付着することが防がれている。検出素子２３に被毒物質Ｐが付着すると、検出素子２３の熱容量が上昇して温度が低くなることで抵抗値ＲＳが低下し、ブリッジ回路２０の中性点電位差であるエアベースΔＶが小さくなる。ＣＰＵ３１がこのエアベースΔＶに基づいて劣化を判定することで、被毒物質Ｐが付着することで接触燃焼式ガスセンサ２の感度が低下した際に劣化を判定することができ、接触燃焼式ガスセンサ２の劣化を精度よく検出することができる。【選択図】図２
2014235082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出素子と比較素子とを備えたブリッジ回路の中性点電位差に基づいて対象ガスを検出する接触燃焼式ガスセンサを備えたガス警報装置であって、
前記対象ガスが存在しない状態における前記中性点電位差であるエアベースに基づいて、前記接触燃焼式ガスセンサの劣化を判定する判定手段と、
前記比較素子に外気中の分子が付着することを防ぐ付着防止手段と、を有して構成されていることを特徴とするガス警報装置。
【請求項２】
前記付着防止手段は、前記比較素子を覆って封止するキャップ部であることを特徴とする請求項１に記載のガス警報装置。
【請求項３】
前記外気中の分子の付着量を変化させた場合における前記検出素子の感度と前記エアベースとの関係式又は対応表を記憶した記憶手段を備え、
前記判定手段は、前記エアベースと前記関係式又は前記対応表とに基づいて前記接触燃焼式ガスセンサの劣化を判定することを特徴とする請求項１又は２に記載のガス警報装置。
【請求項４】
前記エアベースに基づいて、前記対象ガスを検出する際の前記中性点電位差を補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載のガス警報装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触燃焼式ガスセンサを備えたガス警報装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、接触燃焼式ガスセンサと、この接触燃焼式ガスセンサの劣化を判定する判定手段と、を備えたガス警報装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたガス警報装置では、接触燃焼式ガスセンサのブリッジ回路の中性点電位差を測定し、対象ガスが存在しない状態における中性点電位差（エアベース）が予め設定した範囲から逸脱した場合に、判定手段が接触燃焼式ガスセンサの劣化を判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１７０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されたガス警報装置では、エアベースに基づいて劣化を判定するため、検出素子の表面に外気中の分子が付着して対象ガスの燃焼が妨げられてもエアベースには影響を与えにくく、分子の付着による接触燃焼式ガスセンサの劣化を精度よく検出することができないという不都合があった。
【０００５】
本発明の目的は、接触燃焼式ガスセンサの劣化を精度よく検出することのできるガス警報装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のガス警報装置は、検出素子と比較素子とを備えたブリッジ回路の中性点電位差に基づいて対象ガスを検出する接触燃焼式ガスセンサを備えたガス警報装置であって、前記対象ガスが存在しない状態における前記中性点電位差であるエアベースに基づいて、前記接触燃焼式ガスセンサの劣化を判定する判定手段と、前記比較素子に外気中の分子が付着することを防ぐ付着防止手段と、を有して構成されていることを特徴とする。
【０００７】
このような本発明によれば、付着防止手段によって比較素子に外気中の分子が付着することが防がれていることで、検出素子に分子が付着すると、検出素子の熱容量が大きくなって温度上昇しにくくなり、対象ガスが存在しない状態において検出素子の方が比較素子よりも抵抗が低くなってエアベースの値が小さくなる。ここで、判定手段がエアベースに基づいて劣化を判定することで、検出素子に分子が付着したことを判定することができ、付着した分子によって対象ガスの燃焼が妨げられて検出素子の感度が低下したことを検出し、接触燃焼式ガスセンサの劣化を精度よく検出することができる。
【０００８】
この際、本発明のガス警報装置では、前記付着防止手段は、前記比較素子を覆って封止するキャップ部であることが好ましい。このような構成によれば、比較素子をキャップ部が覆って封止していることで、外気中の分子が比較素子に付着することを容易に且つ確実に防ぐことができる。さらに、比較素子は、対象ガスと接触することも防がれ、対象ガスの燃焼を防ぐ不活性部材を省略することができる。
【０００９】
さらに、本発明のガス警報装置では、前記外気中の分子の付着量を変化させた場合における前記検出素子の感度と前記エアベースとの関係式又は対応表を記憶した記憶手段を備え、前記判定手段は、前記エアベースと前記関係式又は前記対応表とに基づいて前記接触燃焼式ガスセンサの劣化を判定することが好ましい。このような構成によれば、記憶手段が検出素子の感度とエアベースとの関係式又は対応表を記憶するとともに、判定手段が関係式又は対応表に基づいて劣化を判定することで、測定したエアベースから求めた感度と、任意に設定した感度の下限と、を比較して劣化を判定することができる。
【００１０】
また、本発明のガス警報装置では、前記エアベースに基づいて、前記対象ガスを検出する際の前記中性点電位差を補正する補正手段を備えることが好ましい。このような構成によれば、中性点電位差をエアベースに基づいて補正する、即ち、検出素子に分子が付着してエアベースの値が小さくなった際に、エアベースの減少分に基づいて中性点電位差を補正することで、検出素子が対象ガスを燃焼することによる抵抗値の上昇と、検出素子に分子が付着して熱容量が大きくなることによる抵抗値の低下と、が互いに打ち消しあって対象ガスが検出されなくなってしまうことを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のような本発明のガス警報装置によれば、付着防止手段によって比較素子に外気中の分子が付着することが防がれるとともに、判定手段がエアベースに基づいて劣化を判定することで、接触燃焼式ガスセンサの劣化を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るガス警報装置を示すブロック図である。
【図２】前記ガス警報装置の検出素子と比較素子とを示す概略図である。
【図３】前記ガス警報装置におけるエアベースの特性を示すグラフである。
【図４】前記ガス警報装置における検出感度の特性を示すグラフである。
【図５】従来技術のガス警報装置におけるエアベースの特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１において、本実施形態のガス警報装置１は、接触燃焼式ガスセンサ２と、マイクロコンピュータ（以下μＣＯＭ）３と、警報ブザー４と、警報ランプ５と、を備えて構成されており、例えば、メタンガス等の可燃性の気体を対象ガスとしてガス漏れを検出して警報を発生する。
【００１４】
接触燃焼式ガスセンサ２は、ブリッジ回路２０と、電源２１と、電圧計２２と、を有して構成されている。ブリッジ回路２０は、直列に接続された検出素子２３及び比較素子２４と、直列に接続された二つの固定抵抗２５、２６と、が並列に接続されたものであって、検出素子２３及び比較素子２４の両端に電源２１が接続され、検出素子２３と比較素子２４との間と、二つの固定抵抗２５、２６同士の間と、の中性点電位差Ｖを電圧計２２が測定する。ここで、電源２１の正負は図１に示す通りとするとともに、中性点電位差Ｖは検出素子２３と比較素子２４との間を基準とした固定抵抗２５、２６同士の間の電位とし、即ち、検出素子２３の抵抗値ＲＳが比較素子２４の抵抗値ＲＲに対して高くなると中性点電位差Ｖが大きくなるものとする。
【００１５】
検出素子２３及び比較素子２４は、図２に示すように、温度に応じて抵抗値が変化する測温抵抗体である白金ヒータ２３１、２４１をそれぞれ有して構成されている。ここで、接触燃焼式ガスセンサ２が動作して対象ガスを検出する際の白金ヒータ２３１、２４１の温度範囲においては、白金ヒータ２３１、２４１の抵抗値は略線形な温度依存性を有する。検出素子２３の白金ヒータ２３１の外側は、対象ガスとの燃焼を促進する図示しない触媒（例えば、パラジウム）によって覆われている。一方、比較素子２４には周囲を覆って封止するキャップ部２４２が設けられ、キャップ部２４２の内側は外気と遮断されている。また、固定抵抗２５、２６の抵抗値の比は、対象ガスが存在しない状態において接触燃焼式ガスセンサ２が動作した際の抵抗値ＲＳと抵抗値ＲＲとの比に等しいものとし、即ち、このときの中性点電位差Ｖが０となるように設定されている。
【００１６】
μＣＯＭ３は、ガス警報装置１全体の制御を司るコンピュータであり、接触燃焼式ガスセンサ２の出力である中性点電位差Ｖに基づいて警報ブザー４及び警報ランプ５を制御する。また、μＣＯＭ３は、プログラムに従って各種の処理を行う中央処理ユニット（ＣＰＵ）３１と、ＣＰＵ３１が行う処理のプログラムなどを格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ３２と、ＣＰＵ３１での各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ格納エリアなどを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ３３と、を有して構成されている。ＣＰＵ３１は、後述するように、接触燃焼式ガスセンサ２の劣化を判定して判定手段として機能するとともに、中性点電位差Ｖを補正して補正手段として機能する。
【００１７】
次に、ガス警報装置１が対象ガスを検出して警報を発生する際の動作について説明する。ＣＰＵ３１が電源２１を制御して検出素子２３及び比較素子２４の両端に駆動電圧を印加させることで、白金ヒータ２３１、２４１が発熱し、検出素子２３の抵抗値ＲＳ及び比較素子の抵抗値ＲＲが上昇する。ここで、外気に対象ガスが存在しなければ、抵抗値ＲＳと抵抗値ＲＲとは略等しく、中性点電位差Ｖは０に略等しい。ここで、対象ガスが存在しない場合の中性点電位差ＶをエアベースΔＶとする。このとき、ＣＰＵ３１は対象ガスが存在していないと判断し、警報を発生しない。
【００１８】
一方、外気に対象ガスが存在すると、検出素子２３の触媒の表面において対象ガスが燃焼して白金ヒータ２３１の温度がさらに上昇し、抵抗値ＲＳは抵抗値ＲＲに対して上昇し、中性点電位差Ｖが大きくなる。ここで、中性点電位差Ｖの補正値である後述する補正電位差Ｖ１が予め設定された警報値以上となった場合に、ＣＰＵ３１は対象ガスのガス漏れを検出し、警報ブザー４及び警報ランプ５を制御して警報を発生させる。
【００１９】
次に、ＣＰＵ３１が接触燃焼式ガスセンサ２の劣化を判定する方法について説明する。外気に存在する被毒物質Ｐ（例えば、シロキサン）の分子が検出素子２３の触媒の表面に付着すると、触媒が不活性となって対象ガスの燃焼を妨げるとともに、付着した被毒物質Ｐの熱容量だけ検出素子２３の熱容量が大きくなる。一方、比較素子２４にはキャップ部２４２が設けられていることで、被毒物質Ｐが付着することが防がれている。従って、対象ガスが存在しなければ、検出素子２３の白金ヒータ２３１の温度が低くなり、即ち、抵抗値ＲＳが低くなり、エアベースΔＶは０よりも小さい値となる。
【００２０】
ここで、被毒物質Ｐを含む気体に接触燃焼式ガスセンサ２を複数回暴露した場合のエアベースΔＶと、接触燃焼式ガスセンサ２の感度の変動率Ｆと、について図３、４に基づいて説明する。エアベースΔＶは、図３に示すように、被毒物質Ｐを含む気体への暴露回数である被毒回数を増やすにしたがって徐々に値が小さくなっていく。また、対象ガスとしてのメタンの濃度が３０００ｐｐｍの雰囲気下における接触燃焼式ガスセンサ２の感度の変動率Ｆは、図４に示すように、初期状態を０％として被毒回数を増やすにしたがって徐々に値が小さくなり、感度が低くなっていく。このようなエアベースΔＶと変動率Ｆとの直接の関係は、対応表としてＲＯＭ３２に記憶されており、ＲＯＭ３２が記憶手段として機能する。
【００２１】
接触燃焼式ガスセンサ２の感度の下限を例えば初期状態の３０％（即ち、変動率Ｆが−７０％）と設定した場合、この感度の下限に対応するエアベースΔＶは−６ｍＶとなる。従って、ＣＰＵ３１は、エアベースΔＶが−６ｍＶ以下となった場合に接触燃焼式ガスセンサ２が劣化したと判断し、判定手段として機能する。また、ＣＰＵ３１は、エアベースΔＶが設定した感度に対応する値以下となるか否かを所定時間（例えば、５０時間）毎にこのような故障判定を行う。なお、接触燃焼式ガスセンサ２の感度の下限は任意の値が設定されればよい。
【００２２】
次に、ＣＰＵ３１が、判定手段として機能していない場合に、エアベースΔＶに基づいて中性点電位差Ｖを補正して補正手段として機能するとともに、ガス漏れを検出する方法について説明する。検出素子２３の抵抗値ＲＳは温度ＴＳと一次の関係を有し、温度ＴＳは熱容量Ｃに反比例するとともに発熱量Ｑに比例する。さらに、熱容量Ｃは被毒物質Ｐの付着量と一次の関係を有するとともに、発熱量Ｑは検出素子２３の感度に比例する。従って、被毒物質Ｐの付着量及び検出素子２３の感度を求めることで抵抗値ＲＳの値を決定することができ、さらに、抵抗値ＲＳと抵抗値ＲＲとから中性点電位差Ｖを求めることができる。
【００２３】
そこで、ＣＰＵ３１は、直近の故障判定によって得られたエアベースΔＶに基づいて被毒物質Ｐの付着量を求めることで、熱容量Ｃの変化を補正するための第一補正係数αを求めるとともに、前述のように感度の変動率Ｆを求めることで、発熱量Ｑを補正するための第二補正係数βを求める。ＣＰＵ３１は、このような補正係数α、βを用いて抵抗値ＲＳを補正することで、中性点電位差Ｖを補正して補正電位差Ｖ１を求め、補正電位差Ｖ１が警報値以上である場合にはガス漏れが発生していると判断する。
【００２４】
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。即ち、比較素子２４にキャップ部２４２が設けられて被毒物質Ｐの付着が防がれていることで、検出素子２３に被毒物質Ｐが付着するとエアベースΔＶが変化し、エアベースΔＶに基づいて被毒物質Ｐの付着による検出素子２３の感度の低下を検出することができる。一方、キャップ部２４２が設けられない従来技術のガス警報装置では、検出素子と比較素子とに同様に被毒物質Ｐが付着するため、図５に示すように、被毒回数が増えてもエアベースΔＶはほとんど変化せず、検出素子の感度の低下を検出することができない。従って、比較素子２４にキャップ部２４２が設けられるとともにエアベースΔＶに基づいてＣＰＵ３１が劣化を判定することで、接触燃焼式ガスセンサ２の劣化を精度よく検出することができる。
【００２５】
さらに、比較素子２４はキャップ部が設けられることで対象ガスと接触せず、対象ガスの燃焼が防がれており、対象ガスの燃焼を防ぐ不活性部材を白金ヒータ２４１に設けることを省略することができ、使用する材料を削減するとともに構成や製造工程を簡単化することができる。
【００２６】
また、ＲＯＭ３２がエアベースΔＶと変動率Ｆとの関係を対応表として記憶していることで、接触燃焼式ガスセンサ２の感度の下限を任意の値に設定し、対応するエアベースΔＶを求めるとともにこのエアベースΔＶに基づいて劣化を判定することができる。従って、ガス警報装置１が設置される環境や求められる信頼性に応じて感度の下限を適宜な値に設定し、ガス警報装置１を共通化することができる。
【００２７】
また、ＣＰＵ３１が中性点電位差Ｖを補正して補正電位差Ｖ１を求めることで、対象ガスの燃焼による中性点電位差Ｖの上昇と、劣化によるエアベースΔＶの低下と、が互いに打ち消しあうことを防ぐとともに、接触燃焼式ガスセンサ２の感度の低下によって中性点電位差Ｖが上昇しにくくなっても対象ガスを適切に検出することができ、ガス警報装置１の検出下限が低下してしまうことを防ぐことができる。
【００２８】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。例えば、前記実施形態では、比較素子２４に付着防止手段としてのキャップ部２４２が設けられるものとしたが、比較素子には、被毒物質Ｐを吸着する吸着手段が設けられていてもよいし、被毒物質Ｐが通過することを防ぐフィルターが設けられていてもよく、このような構成によれば、接触燃焼式ガスセンサの動作時にキャップ部２４２の内側に熱がこもって検出素子と比較素子との抵抗値に差が出ることを防ぐことができ、固定抵抗２５、２６の抵抗値を容易に設定することができる。
【００２９】
また、前記実施形態では、ＲＯＭ３２がエアベースΔＶと感度の変動率Ｆとの直接の関係を対応表として記憶しているものとしたが、ＲＯＭは、エアベースΔＶと変動率Ｆとの直接の関係を表す関係式（例えば、多項近似式）を記憶していてもよいし、エアベースΔと変動率Ｆとの関係を被毒回数や被毒量を介した関係式又は対応表として記憶していてもよいし、関係式又は対応表を記憶することなくエアベースΔの下限が設定されて劣化が判定されてもよい。
【００３０】
また、前記実施形態では、また、ＣＰＵ３１が第一補正係数α及び第二補正係数βを求めて中性点電位差Ｖを補正するものとしたが、ＣＰＵ３１は、第一補正係数αと第二補正係数βとのうちいずれか一方を求めて中性点電位差Ｖを補正してもよいし、補正手段として機能しなくてもよく、このような構成によれば、ＣＰＵの機能を簡単化することができる。
【００３１】
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３２】
１          ガス警報装置
２          接触燃焼式ガスセンサ
２０        ブリッジ回路
２３        検出素子
２４        比較素子
２４２      キャップ部（付着防止手段）
３１        ＣＰＵ（判定手段、補正手段）
３２        ＲＯＭ（記憶手段）
【図１】
2014235082.tif 000003
【図２】
2014235082.tif 000004
【図３】
2014235082.tif 000005
【図４】
2014235082.tif 000006
【図５】
2014235082.tif 000007