(57)【要約】本発明の自動較正一酸化炭素検知器および方法は、検知器が検出するように設計されたガスを較正ガスとして利用する。具体的には、一酸化炭素ガス発生器が検知器アセンブリに含まれ、既知量のＣＯを生成するように制御される。発生したＣＯの量に対するセンサ応答が監視され、必要に応じて、その較正が調整される。またガス発生器の動作も監視され、あらゆる故障が使用者の注意を得るために指示される。ガス発生器は特に、その構成において使用される材料を通じて水素の発生を抑制する。温度の影響もまた、ガス生成制御パラメータの制御または、発生器の温度の影響を考慮したセンサ出力の補償のどちらかを通じて補償され得る。
2005517182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一酸化炭素検知器であって、
内部に室を形成し、第１の開口を備えるハウジングと、
前記室の内部に第２の開口が配置されている一酸化炭素センサアセンブリと、
前記室の内部に第３の開口が配置されている一酸化炭素ガス発生器アセンブリと、
前記一酸化炭素センサアセンブリおよび前記一酸化炭素ガス発生器アセンブリと結合されたコントローラと、から成り、
前記コントローラは、前記一酸化炭素ガス発生器アセンブリに一酸化炭素を生成するように指令し、前記コントローラはさらに、その適正な動作を保証するために前記一酸化炭素センサアセンブリの電気出力を監視する、一酸化炭素検知器。
【請求項２】
前記コントローラはさらに、その適正な動作を保証するために前記一酸化炭素ガス発生器アセンブリにおける電圧を監視する、請求項１に記載の検知器。
【請求項３】
前記コントローラは、前記一酸化炭素ガス発生器における前記電圧が所定のレベルを超えた時に前記検知器の故障を指示する、請求項２に記載の検知器。
【請求項４】
前記コントローラは、前記一酸化炭素ガス発生器における前記電圧が第１の所定のレベル未満であり、かつ時間ｔｔａｉｌでの前記電圧の減衰が第２の所定のレベルを超えている時に、前記検知器の故障を指示する、請求項２に記載の検知器。
【請求項５】
前記第１の開口は拡散制限性であり、前記第２および前記第３の開口は非拡散制限性である、請求項１に記載の検知器。
【請求項６】
前記一酸化炭素センサアセンブリおよび前記一酸化炭素ガス発生器アセンブリの各々が貯水槽を備える、請求項５に記載の検知器。
【請求項７】
前記一酸化炭素センサアセンブリおよび前記一酸化炭素ガス発生器アセンブリの一方が貯水槽を備える、請求項５に記載の検知器。
【請求項８】
前記一酸化炭素センサアセンブリおよび前記一酸化炭素ガス発生器アセンブリの両者が単一の貯水槽を共有する、請求項５に記載の検知器。
【請求項９】
前記第１の開口は非拡散制限性であり、前記第２および前記第３の開口は拡散制限性である、請求項１に記載の検知器。
【請求項１０】
前記一酸化炭素センサアセンブリおよび前記一酸化炭素ガス発生器アセンブリの各々が貯水槽を備える、請求項９に記載の検知器。
【請求項１１】
前記一酸化炭素センサアセンブリおよび前記一酸化炭素ガス発生器アセンブリが単一の貯水槽を共有する、請求項９に記載の検知器。
【請求項１２】
前記第１、前記第２および前記第３の開口が前記室を通じて気体連通している、請求項１に記載の検知器。
【請求項１３】
前記コントローラは、前記一酸化炭素ガス発生器アセンブリに一酸化炭素を生成するように指令する前に前記一酸化炭素センサアセンブリの前記電気出力を監視する、請求項１に記載の検知器。
【請求項１４】
前記コントローラは、前記一酸化炭素センサアセンブリの前記電気出力が所定のレベルより大きい場合、前記一酸化炭素ガス発生器アセンブリに一酸化炭素を生成させる前記指令を禁止する、請求項１３に記載の検知器。
【請求項１５】
前記コントローラは時間ｔｐｅａｋおよび信号減衰の期間中に前記一酸化炭素センサアセンブリの前記電気出力を監視し、前記コントローラはさらに、時間ｔｓｔａｒｔから時間ｔｓｔｏｐまで前記一酸化炭素センサアセンブリの前記電気出力を積分し、前記時間ｔｓｔａｒｔから時間ｔｓｔｏｐについて平均し、前記一酸化炭素ガス発生器アセンブリに一酸化炭素を生成するように指令する前に監視された前記一酸化炭素センサアセンブリの前記電気出力を減算して前記一酸化炭素センサアセンブリの応答の測度を導出する、請求項１３に記載の検知器。
【請求項１６】
前記コントローラは、前記一酸化炭素センサアセンブリの較正を補正するために前記一酸化炭素センサアセンブリの応答の前記測度を利用する、請求項１５に記載の検知器。
【請求項１７】
周囲温度の変動を補償するための手段をさらに含む、請求項１に記載の検知器。
【請求項１８】
前記手段は、前記コントローラと通信する周囲温度感知回路を含む、請求項１７に記載の検知器。
【請求項１９】
前記コントローラと制御可能に通信し、前記一酸化炭素ガス発生器アセンブリと有効に通信するプログラムされた電流源／シンクをさらに含み、前記プログラムされた電流源／シンクは大きさおよび持続時間を有する電流パルスを発生させ、前記電流パルスは、前記一酸化炭素ガス発生器アセンブリに一酸化炭素を生成させるために前記コントローラの指令を受けて前記一酸化炭素ガス発生器アセンブリに送達され、前記コントローラは、一定量の一酸化炭素を生成するために前記周囲温度の関数として前記電流パルスの前記大きさの調整を指令する、請求項１８に記載の検知器。
【請求項２０】
前記コントローラと制御可能に通信し、前記一酸化炭素ガス発生器アセンブリと有効に通信するプログラムされた電流源／シンクをさらに含み、前記プログラムされた電流源／シンクは大きさおよび持続時間を有する電流パルスを発生させ、前記電流パルスは、前記一酸化炭素ガス発生器アセンブリに一酸化炭素を生成させるために前記コントローラの指令を受けて前記一酸化炭素ガス発生器アセンブリに送達され、前記コントローラは、一定量の一酸化炭素を生成するために前記周囲温度の関数として前記電流パルスの前記持続時間の調整を指令する、請求項１８に記載の検知器。
【請求項２１】
前記コントローラは、前記一酸化炭素ガス発生器アセンブリによって生成される一酸化炭素ガスの量の変動を前記周囲温度の関数として釈明するために前記一酸化炭素センサアセンブリの前記電気出力を前記周囲温度の関数として補償する、請求項１８に記載の検知器。
【請求項２２】
前記コントローラは、前記一酸化炭素ガス発生器に一酸化炭素を生成するように指令する前に前記周囲温度が所定の範囲内にあることを保証する、請求項１８に記載の検知器。
【請求項２３】
前記手段は、前記一酸化炭素センサアセンブリの前記電気出力を周囲温度の関数として自動的に補償するために前記一酸化炭素センサアセンブリと結合された感温性負荷抵抗回路網を含む、請求項１７に記載の検知器。
【請求項２４】
前記手段は、前記一酸化炭素センサアセンブリの前記電気出力を周囲温度の関数として自動的に補償するために前記一酸化炭素センサアセンブリと結合された感温性増幅器を含む、請求項１７に記載の検知器。
【請求項２５】
前記一酸化炭素センサアセンブリは、
内部に貯水槽を形成する缶と、
前記貯水槽を前記缶の上部センサ部分から分離するために前記缶内に配置された下円板と、前記下円板は少なくとも１つの開口を備えており、
前記少なくとも１つの開口を被って前記下円板上に配置された疎水層と、
前記疎水層上に配置された電極アセンブリと、
前記電極アセンブリ上に配置された第１のワッシャと、前記第１のワッシャは前記缶の内面によって密接に受け入れられる外面を有しており、前記第１のワッシャはさらに、前記電極アセンブリの直径より小さい直径を有する穴を画成しており、
前記第１のワッシャ上に配置された拡散層と、
前記拡散層上に配置された第２のワッシャと、前記第２のワッシャは前記缶の内面によって密接に受け入れられる外面を有しており、前記第２のワッシャはさらに、前記拡散層の直径より小さい直径を有する穴を画成しており、
前記第２のワッシャ上に配置されたガスケットと、
前記ガスケットと密封係合している上円板とを含み、前記上円板はそれに開口を画成しており、
前記缶は前記一酸化炭素センサアセンブリをシールするためにクリンプ加工され、前記拡散層はそこで変形されて前記上円板と前記電極アセンブリの上面との間の電気的接触を付与し、前記電極アセンブリの下面と前記缶との間の電気的接触は前記疎水層および前記下円板によって付与される、請求項１に記載の検知器。
【請求項２６】
前記拡散層および前記疎水層は、微孔性炭素添加ＰＴＦＥ化合物よりなる、請求項２５に記載の検知器。
【請求項２７】
前記電極アセンブリは、その上面および下面が電極で被覆されているイオン交換膜よりなる、請求項２５に記載の検知器。
【請求項２８】
前記一酸化炭素ガス発生器アセンブリは、
内部に貯水槽を形成する缶と、
前記貯水槽を前記缶の上部センサ部分から分離するために前記缶内に配置された下円板と、前記下円板は少なくとも１つの開口を備えており、
前記少なくとも１つの開口を被って前記下円板上に配置された疎水層と、
前記疎水層上に配置された電極アセンブリと、前記電極アセンブリはその上面および下面に付着された電極を有するイオン交換膜よりなり、前記電極はカーボンブラックおよびイオン交換ポリマーの混合物を含み、白金はまったく含まず、
拡散層と、
ガスケットと、
前記ガスケットと密封係合している上円板とを含み、前記上円板はそれに開口を画成しており、
前記缶は前記一酸化炭素ガス発生器アセンブリをシールするためにクリンプ加工され、前記拡散層は前記上円板と前記電極アセンブリの上面との間の電気的接触を付与し、前記電極アセンブリの下面と前記缶との間の電気的接触は前記疎水層および前記下円板によって付与される、請求項１に記載の検知器。
【請求項２９】
前記電極アセンブリ上に配置された第１のワッシャをさらに含み、前記第１のワッシャは前記缶の内面によって密接に受け入れられる外面を有しており、前記第１のワッシャはさらに、前記電極アセンブリの直径より小さい直径を有する穴を画成している、請求項２８に記載の検知器。
【請求項３０】
前記拡散層上に配置された第２のワッシャをさらに含み、前記第２のワッシャは前記缶の内面によって密接に受け入れられる外面を有しており、前記第２のワッシャはさらに、前記拡散層の直径より小さい直径を有する穴を画成している、請求項２９に記載の検知器。
【請求項３１】
前記一酸化炭素ガス発生器アセンブリは、
内部に貯水槽を形成する缶と、
前記貯水槽を前記缶の上部センサ部分から分離するために前記缶内に配置された下円板と、前記下円板は少なくとも１つの開口を備えており、
白金をまったく含まない前記少なくとも１つの開口を被って前記下円板上に配置された疎水層と、
前記疎水層上に配置された電極アセンブリと、前記電極アセンブリはイオン交換膜を含み、
白金をまったく含まず前記電極アセンブリと接触するように配置された拡散層と、
ガスケットと、
前記ガスケットと密封係合している上円板とを含み、前記上円板はそれに開口を画成しており、
前記缶は前記一酸化炭素ガス発生器アセンブリをシールするためにクリンプ加工され、前記拡散層は前記上円板と前記電極アセンブリの上面との間の電気的接触を付与し、前記電極アセンブリの下面と前記缶との間の電気的接触は前記疎水層および前記下円板によって付与される、請求項１に記載の検知器。
【請求項３２】
前記電極アセンブリ上に配置された第１のワッシャをさらに含み、前記第１のワッシャは前記缶の内面によって密接に受け入れられる外面を有しており、前記第１のワッシャはさらに、前記電極アセンブリの直径より小さい直径を有する穴を画成している、請求項３０に記載の検知器。
【請求項３３】
前記拡散層上に配置された第２のワッシャをさらに含み、前記第２のワッシャは前記缶の内面によって密接に受け入れられる外面を有しており、前記第２のワッシャはさらに、前記拡散層の直径より小さい直径を有する穴を画成している、請求項３２に記載の検知器。
【請求項３４】
一酸化炭素センサアセンブリであって、
内部に貯水槽を形成する缶と、
前記貯水槽を前記缶の上部センサ部分から分離するために前記缶内に配置され、少なくとも１つの開口を備える下円板と、
前記少なくとも１つの開口を被って前記下円板上に配置された疎水層と、
前記疎水層上に配置された電極アセンブリと、
前記電極アセンブリ上に配置されるとともに、前記缶の内面によって密接に受け入れられる外面を有し、かつ、前記電極アセンブリの直径より小さい直径を有する穴を画成する第１のワッシャと、
前記第１のワッシャ上に配置された拡散層と、
前記拡散層上に配置されるとともに、前記缶の内面によって密接に受け入れられる外面を有し、かつ、前記拡散層の直径より小さい直径を有する穴を画成する第２のワッシャと、
前記第２のワッシャ上に配置されたガスケットと、
前記ガスケットと密封係合し、開口を画成している上円板と、から成り、
前記缶は前記一酸化炭素センサアセンブリをシールするためにクリンプ加工され、前記拡散層はそこで変形されて前記上円板と前記電極アセンブリの上面との間の電気的接触を付与し、前記電極アセンブリの下面と前記缶との間の電気的接触は前記疎水層および前記下円板によって付与される、一酸化炭素センサアセンブリ。
【請求項３５】
前記拡散層および前記疎水層は、微孔性炭素添加ＰＴＦＥ化合物よりなる、請求項３４に記載のアセンブリ。
【請求項３６】
前記電極アセンブリは、その上面および下面が電極で被覆されているイオン交換膜よりなる、請求項３４に記載のアセンブリ。
【請求項３７】
一酸化炭素ガス発生器アセンブリであって、
内部に貯水槽を形成する缶と、
前記貯水槽を前記缶の上部発生器部分から分離するために前記缶内に配置され、少なくとも１つの開口を備える下円板と、
前記少なくとも１つの開口を被って前記下円板上に配置された疎水層と、
前記疎水層上に配置され、上面および下面に付着された電極を有するイオン交換膜よりなる電極アセンブリにおいて、前記電極がカーボンブラックおよびイオン交換ポリマーの混合物を含み、白金をまったく含まない、電極アセンブリと、
拡散層と、
ガスケットと、
前記ガスケットと密封係合し、開口を画成している上円板と、から成り、
前記缶は前記一酸化炭素ガス発生器アセンブリをシールするためにクリンプ加工され、前記拡散層は前記上円板と前記電極アセンブリの上面との間の電気的接触を付与し、前記電極アセンブリの下面と前記缶との間の電気的接触は前記疎水層および前記下円板によって付与される、一酸化炭素ガス発生器アセンブリ。
【請求項３８】
前記電極アセンブリ上に配置された第１のワッシャをさらに含み、前記第１のワッシャは前記缶の内面によって密接に受け入れられる外面を有しており、前記第１のワッシャはさらに、前記電極アセンブリの直径より小さい直径を有する穴を画成している、請求項３７に記載のアセンブリ。
【請求項３９】
前記拡散層上に配置された第２のワッシャをさらに含み、前記第２のワッシャは前記缶の内面によって密接に受け入れられる外面を有しており、前記第２のワッシャはさらに、前記拡散層の直径より小さい直径を有する穴を画成している、請求項３８に記載のアセンブリ。
【請求項４０】
一酸化炭素ガス発生器アセンブリであって、
内部に貯水槽を形成する缶と、
前記貯水槽を前記缶の上部発生器部分から分離するために前記缶内に配置され、少なくとも１つの開口を備える下円板と、
白金をまったく含まない前記少なくとも１つの開口を被って前記下円板上に配置された疎水層と、
前記疎水層上に配置され、イオン交換膜を含む電極アセンブリと、
白金をまったく含まず前記電極アセンブリと接触するように配置された拡散層と、
ガスケットと、
前記ガスケットと密封係合し、開口を画成している上円板と、から成り、
前記缶は前記一酸化炭素ガス発生器アセンブリをシールするためにクリンプ加工され、前記拡散層は前記上円板と前記電極アセンブリの上面との間の電気的接触を付与し、前記電極アセンブリの下面と前記缶との間の電気的接触は前記疎水層および前記下円板によって付与される、一酸化炭素ガス発生器アセンブリ。
【請求項４１】
前記電極アセンブリ上に配置された第１のワッシャをさらに含み、前記第１のワッシャは前記缶の内面によって密接に受け入れられる外面を有しており、前記第１のワッシャはさらに、前記電極アセンブリの直径より小さい直径を有する穴を画成している、請求項４０に記載のアセンブリ。
【請求項４２】
前記拡散層上に配置された第２のワッシャをさらに含み、前記第２のワッシャは前記缶の内面によって密接に受け入れられる外面を有しており、前記第２のワッシャはさらに、前記拡散層の直径より小さい直径を有する穴を画成している、請求項４１に記載のアセンブリ。
【請求項４３】
気体連通している一酸化炭素センサおよび一酸化炭素ガス発生器を有する一酸化炭素検知器を較正する方法であって、
既知量の一酸化炭素を生成するために一酸化炭素ガス発生器を制御する工程と、
既知量の一酸化炭素に対する一酸化炭素センサの応答を監視する工程と、
応答が所定の範囲外にある場合、一酸化炭素センサの較正を補正する工程とを含む、方法。
【請求項４４】
既知量の一酸化炭素を生成するために一酸化炭素ガス発生器を制御する工程は、一酸化炭素ガス発生器に電流パルスを供給する工程を含み、電流パルスは持続時間および大きさを有する、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
周囲温度を測定する工程と、既知量の一酸化炭素を生成するために一酸化炭素ガス発生器を制御する工程を周囲温度の関数として補償する工程とをさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
補償する工程は、電流パルスの持続時間を周囲温度の関数として調整する工程を含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
補償する工程は、電流パルスの大きさを周囲温度の関数として調整する工程を含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
周囲温度を測定する工程と、一酸化炭素ガス発生器に対する温度の影響を補償するために一酸化炭素センサの応答を周囲温度の関数として調整する工程をさらに含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４９】
制御する工程、監視する工程および補正する工程の前に周囲温度を測定する工程と、周囲温度が所定の温度の範囲外にある場合、制御する工程、監視する工程および補正する工程を禁止する工程とをさらに含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項５０】
一酸化炭素センサの応答を周囲温度の関数として補償する工程をさらに含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項５１】
既知量の一酸化炭素を生成するために一酸化炭素ガス発生器を制御する工程の前に一酸化炭素センサの出力を監視する工程と、出力が所定のしきい値を超えている場合、制御する工程、監視する工程および補正する工程を禁止する工程とをさらに含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項５２】
既知量の一酸化炭素を生成するために一酸化炭素ガス発生器を制御する工程の前に一酸化炭素センサの出力を監視する工程と、制御する工程前に監視された一酸化炭素センサの出力を、制御する工程後に監視された一酸化炭素センサの応答から減算する工程とをさらに含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項５３】
その適正な動作を保証するために一酸化炭素ガス発生器を監視する工程と、監視する工程が一酸化炭素ガス発生器が適正に動作していないことを指示した場合、故障を指示する工程とをさらに含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項５４】
一酸化炭素ガス発生器を監視する工程は、一酸化炭素ガス発生器を制御する工程の間に一酸化炭素ガス発生器における電圧を監視する工程と、一酸化炭素ガス発生器における電圧が所定の許容電圧範囲を超えている場合、一酸化炭素ガス発生器が適正に動作していないことを指示する工程とを含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
一酸化炭素ガス発生器を監視する工程は、減衰の期間中に一酸化炭素ガス発生器を制御する工程の後に一酸化炭素ガス発生器における電圧を監視する工程と、一酸化炭素ガス発生器における電圧が所定の電圧レベルを超えている場合、一酸化炭素ガス発生器が適正に動作していないことを指示する工程とを含む、請求項５３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に有害状態の検知器の試験および較正、より詳細には、家庭用一酸化炭素検知器の自立的な現場較正・試験に関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭において一酸化炭素が有する危険ならびに一酸化炭素検知技術および信頼性の絶え間ない進歩に関する公衆の認識は、家庭に設置される一酸化炭素検知器の数を著しく増加させている。定期的に整備および較正される産業用の有害ガス検知器と異なり、家庭用途で使用される一酸化炭素検知器は、「取り付けて忘れられる」装置であるように意図されている。これは、所有者からまったく注意を払われることなく、それが何年にもなる期間にわたってその性能を維持しなければならないので、家庭用ガス検知器において使用されるセンサに重大な要求を課す。
【０００３】
しかし、恐らく５年以上に及ぶ、家庭用一酸化炭素検知器に期待される極めて長い耐用年数により、精度のある程度の劣化および喪失は予想されるはずである。実際、家庭用一酸化炭素検知器において一般に使用されるセンサの性能の損失の３つの主要な潜在的理由が存在する。第一に、センサの活性部分である膜電極アセンブリすなわち「ＭＥＡ」は、水和の損失または化学的毒作用のどちらかによって損害され得る。これの影響は、一酸化炭素のある特定のレベルに関するセンサの出力を低減させることである。その結果、アラームが発せられる前の曝露時間または濃度レベルは増大する。第二に、ＭＥＡとの電気的接触が失われ得る。これは、一酸化炭素の存在下でセンサからの完全な損失または断続的出力をもたらし、それは一酸化炭素の存在下での皆無または断続的なアラーム出力につながる。第三に、センサの頂部のガス拡散開口が塞がれることがあり得る。これは、一酸化炭素が環境に存在する時にその一酸化炭素がまったくＭＥＡに到達できないので、センサからのゼロ出力につながる。これらの性能に影響を及ぼす事象の各々により、その結果は、一酸化炭素アラームが高一酸化炭素濃度または長期の一酸化炭素曝露の期間に適切な警告をもはや付与しないということになる。
【０００４】
そのような性能の劣化によってもたらされる深刻な危険を認識し、一部の最近の家庭用一酸化炭素検知器は、センサの頂部に較正ガスとして水素を適用する機構を使用している。実際、一酸化炭素検知器を含め、還元ガスを検知する全部の形式のセンサには水素が較正ガスとして使用される。これは、電気化学的一酸化炭素センサが、一酸化炭素に加えて多くのガスを感知することができるからである。これらのガスは、水素、二酸化硫黄および酸化窒素を含む。水素が較正ガスとして使用されるのは、それが容易に生成され、比較的非毒性であり、濃度が爆発レベル未満に保たれている限り安全だからである。
【０００５】
残念なことに、典型的な一酸化炭素センサは水素に反応するが、水素に対するセンサの振る舞いは、一酸化炭素に対するその振る舞いと同じではない。具体的には、ＭＥＡの化学的毒作用の条件下で、水素に対する感度は事実上、増加し得るのに対し、一酸化炭素に対する感度は低減する。そのような状態で、較正ガスとしての水素の利用は、実際には一酸化炭素を感知するその能力が著しく損なわれている時に、一酸化炭素検知器が適正に動作しているという誤った保安レベルを付与する。
【０００６】
従って、ＭＥＡの毒作用を含む種々の故障条件下で一酸化炭素の濃度を正しく検出するその能力の信頼できる自動較正・試験を提供する家庭用一酸化炭素センサの必要性が当業界には存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述に鑑みて、本発明の全体的な目的は、新規かつ有用な自動較正一酸化炭素検知器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態において、一酸化炭素検知器は、室を形成し開口を備えるハウジングと、室の内部に配置された開口を有する一酸化炭素センサアセンブリと、同じく室の内部に配置された開口を有する一酸化炭素ガス発生器アセンブリとを含む。検知器はさらに、一酸化炭素センサアセンブリおよび一酸化炭素ガス発生器アセンブリと結合されたコントローラを含む。このコントローラは、一酸化炭素ガス発生器アセンブリに一酸化炭素を生成するように指令し、その適正な動作を保証するために一酸化炭素センサアセンブリの電気出力を監視する。
【０００９】
本発明の別の実施形態において、一酸化炭素センサアセンブリは、貯水槽を形成する缶と、貯水槽を缶の上部センサ部分から分離するために缶内に配置された下円板とを含む。この下円板は少なくとも１つの開口を備える。疎水層が下円板上に配置され、下円板の開口を被っている。電極アセンブリが疎水層上に配置されており、第１のワッシャがその電極アセンブリ上に配置されている。この第１のワッシャは、缶の内面によって密接に受け入れられる外面を有しており、電極アセンブリの直径より小さい直径を有する穴を画成している。拡散層がこの第１のワッシャ上に配置されており、第２のワッシャが拡散層上に配置されている。この第２のワッシャもまた、缶の内面によって密接に受け入れられる外面を有しており、拡散層の直径より小さい直径を有する穴を画成している。ガスケットがこの第２のワッシャ上に配置されており、上円板がガスケットと密封係合して配置されている。この上円板は開口を備える。好ましい実施形態において、缶は一酸化炭素センサアセンブリをシールするためにクリンプ加工される。拡散層は、アセンブリ内で変形されて上円板と電極アセンブリの上面との間の電気的接触を付与する。電極アセンブリの下面と缶との間の電気的接触は、疎水層および下円板によって付与される。
【００１０】
本発明のさらなる実施形態において、一酸化炭素ガス発生器アセンブリは、貯水槽を形成する缶と、貯水槽を缶の上部発生器部分から分離するために缶内に配置された下円板とを含む。この下円板は少なくとも１つの開口を備える。疎水層が開口を被って下円板上に配置されており、電極アセンブリが疎水層上に配置されている。この電極アセンブリは、上面および下面に付着された電極を有するイオン交換膜を含む。電極はカーボンブラックおよびイオン交換ポリマーの混合物を含み、白金はまったく含まない。拡散層が設けられ、同様にガスケットが設けられている。ガスケットと密封係合している上円板も設けられており、開口を備える。好ましくは、缶は一酸化炭素ガス発生器アセンブリをシールするためにクリンプ加工される。拡散層は、上円板と電極アセンブリの上面との間の電気的接触を付与し、電極アセンブリの下面と缶との間の電気的接触は疎水層および下円板によって付与される。
【００１１】
本発明の代替実施形態において、一酸化炭素ガス発生器アセンブリは、貯水槽を形成する缶と、貯水槽を缶の上部発生器部分から分離するために缶内に配置された下円板とを含む。下円板は少なくとも１つの開口を備える。白金をまったく含まない疎水層が、開口を被って下円板上に配置されている。電極アセンブリが疎水層上に配置されている。この電極アセンブリはイオン交換膜を含む。白金をまったく含まない拡散層が電極アセンブリと接触するために配置されている。ガスケットが設けられており、ガスケットと密封係合している上円板も設けられている。上円板は開口を画成する。好ましくは、缶は一酸化炭素ガス発生器アセンブリをシールするためにクリンプ加工される。拡散層は、上円板と電極アセンブリの上面との間の電気的接触を付与し、電極アセンブリの下面と缶との間の電気的接触は疎水層および下円板によって付与される。
【００１２】
本発明のさらに別の実施形態において、気体連通している一酸化炭素センサおよび一酸化炭素ガス発生器を有する一酸化炭素検知器を較正する方法は、既知量の一酸化炭素を生成するために一酸化炭素ガス発生器を制御する工程と、既知量の一酸化炭素に対する一酸化炭素センサの応答を監視する工程と、応答が所定の範囲外にある場合、一酸化炭素センサの較正を補正する工程とを含む。
【００１３】
本発明の他の目的および利益は、添付図面に関連して解釈した時に以下の詳細な説明からより明白となるはずである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本明細書に採り入れられその一部をなす添付図面は、本発明のいくつかの態様を例示し、その説明とともに本発明の原理を解説する働きをする。
【００１５】
本発明は特定の好ましい実施形態に関して説明するが、それらの実施形態に限定しようという意図はまったくない。反対に、その意図は、添付特許請求の範囲によって規定される本発明の精神および範囲内に含まれる全部の代替物、修正物および等価物を包括することである。
【００１６】
本発明のシステムおよび方法は、以下に検討する通り、一酸化炭素検知器の信頼できる自動試験を提供し、試験の結果に基づいて検知器の較正を可能にする。この機能は、検知器が検出するように設計されているガスの少量の発生によって付与される。一酸化炭素検知器の場合、生成される試験・較正ガスは、一酸化炭素である。
【００１７】
本発明のシステムとは異なり、大部分の自動較正検知器において一般的であるように水を電気分解するためにＭＥＡで白金電極を使用した場合、電極の正端子で発生するガスは通常酸素であり、負端子で発生するガスは通常水素である。しかし上述の通り、水素を較正ガスとして使用することは、ＭＥＡの化学的毒作用を正しく検出しない。実際、そのような条件下では、水素ガスに対するセンサの応答は高まるが、一酸化炭素に対する応答は事実上低下する。そうした場合、センサは正しく機能していると誤って判断されるであろう。
【００１８】
本発明の自動較正一酸化炭素検知器において、具体的には水素ガスは較正ガスとして使用されない。実際、具体的には水素の生成は抑制される。負電極は、炭素−水素−酸素配位化合物の表面被覆を形成するために電気化学的酸化処理によって修飾されており、この被覆は、それが除去された場合、迅速に補充され、その結果、水素の生成は抑制され、酸素の還元は促進する。白金の代わりに炭素電極を使用した場合、電解質内の水の電気分解によって生成される酸素イオンは、正電極で分子酸素として放出されず、電極表面と反応してＣＯおよびＣＯ２を生成する、ということが実験によって発見された。一般に、生成されるガスの５％がＣＯの形態であり、９５％がＣＯ２であろう（センサはＣＯ２に応答しない点に留意）。従って、本発明における炭素電極の使用は２つの目的を有する。すなわち、正端子において一酸化炭素の生成を促進することと、負端子において水素の生成を抑制することである。
【００１９】
炭素電極を用いた希釈硫酸溶液の電気分解によるＣＯの生成は、学術文献において知られている。しかし、本発明のガス発生器は、電解質の働きをするためにイオン輸送膜（イオン交換膜としても知られる）を用いた電気化学的プロセスによる一酸化炭素の生成に基づく。本発明の好ましい実施形態では、デュポン（DuPont）社が製造するナフィオン（Nafion）として知られる製品が使用される。ナフィオンといったイオン輸送膜は、それが液体ではなく固体であるという点以外、上記の酸溶液プロセスと極めて類似の態様で振る舞う。ナフィオンおよび他の類似の材料は、硫酸が行うのと同様にして、電気化学的電池の２電極間で陽子の輸送を支援することができる。しかし、効率的に機能するために、ナフィオン膜は、付属の貯水槽から水蒸気を供給され続けなければならない。それが正しく水和すると、一般に３Ｖの電圧で数秒間の数ミリアンペアの電流の通電により、約１００ｐｐｍのＣＯガス濃度を生じ得る。
【００２０】
実際には、実物の一酸化炭素センサのノイズおよびドリフトは、数ｐｐｍ相当になる。さらに、家庭用一酸化炭素検知器に関するアンダーライターズ・ラボラトリー（ＵＬ）規格（ＵＬ２０３４）は、それらの検知器が３０ｐｐｍ未満のＣＯ濃度を表示しても、３０ｐｐｍ未満でアラームを発してもならないと規定している。それゆえ、ガス発生器からセンサに移送される較正ガスの濃度が３０ｐｐｍ未満に保たれた場合、自動較正事象の間に検知器のディスプレイを空白にする必要がない。さらに、そのような低濃度では、自動較正プロセスの間に検知器がアラームを発する可能性はまったくなく、それゆえアラームを人工的に消音する必要もまったくない。
【００２１】
本発明の自動較正検知器の１実施形態において、一酸化炭素センサおよびガス発生器の物理的構成は類似であり、主に個々の部品の材料に関して異なる。従って、これらの２つの構成要素の検討を簡略にするために、図１および２の言及が検知器およびガス発生器の両者を説明するために使用される。しかし、材料の相違がこれらの構成要素の各々の特定の要素の構成に関して重要な場合、そうした相違は特定の要素およびその参照数字に関して検討されよう。
【００２２】
図１に関して、一酸化炭素センサ１０または一酸化炭素ガス発生器１２の個々の構成要素は、缶１４がクリンプ加工されて閉じられる前の状態で例示されている。図２は、クリンプ加工後のそれらの同じ構成要素を例示している。クリンプ加工プロセスは、内部部品を圧縮してセンサ内の良好な水密シールおよび良好な電気的接触を保証する。センサ１０またはガス発生器１２を形成する個々の構成要素は、積み重ねて配置され、上円板１６、ガスケット２０、拡散層２２、２つのプラスチックワッシャ２４、２６（一酸化炭素ガス発生器１２には存在しなくてもよい）、電極アセンブリ２８、疎水層３６および下円板３８よりなる。この積み重ねの下に貯水槽４２がある。
【００２３】
本発明の好ましい実施形態において、上円板１６は、硬質ステンレス鋼円板でできており、他の構成要素に圧縮を加えるために使用される。円板１６は、中心に開口１８を有しており、一酸化炭素がセンサ１０（センサアセンブリ１０の場合）の活性部分に進入可能にするか、またはガス発生器１２の活性部分で生成された一酸化炭素が缶１４へ逃げてセンサ１０を試験することを可能にする。センサ１０および発生器１２の実施形態において、開口１８は、ＣＯがセンサ１０内に入りまたはガス発生器１２から出て拡散し得る速度を制御する。しかし、他の実施形態において、この開口１８は、後述するように、拡散制限性なものではない。
【００２４】
ガスケット２０は、好ましくは水の損失を防いでクリンプ加工されたアセンブリ１０、１２をシールすることができるシリコンゴムガスケットまたは他の適切な材料である。ガスケット２０によって付与されるシールはまた、アセンブリ１０、１２の内外への一酸化炭素の出入りの唯一の手段が上円板１６の開口１８によるものであることを保証する。このようにして、通常動作および試験の間におけるセンサ２８からの読み、および較正のために生成されるガスの量は、既知であり、開口１８を通じた拡散速度に基づく一酸化炭素の特定の濃度と関係づけられる。
【００２５】
拡散層２２は、２つの機能を有する。第一にそれは、上円板１６と電極アセンブリ２８の上面との間の電気的接触を付与する。第二にそれは、センサ１０に入る一酸化炭素が、横方向に拡散し、電極アセンブリ２８のほぼ全体と反応することを可能にする。センサ１０が図２に例示されたようにクリンプ加工され閉じられると、この拡散層２２は、著しい変形を受ける。これは、上円板１６と電極アセンブリ２８の上面との間の良好な電気的接触を保証する。この拡散層２２のための材料は、ガスにとって多孔性であり、導電性でなければならない。１実施形態において、（ＷＬゴア（WLGore）社が製造する）カーベル（Carbel）といった微孔性炭素添加ＰＴＦＥ化合物が使用されるが、他の炭素添加材料も使用され得る。
【００２６】
２つの構成要素２４、２６は、同一であり、拡散層２２の直径より小さい穴径および、クリンプ加工されていない缶１４ののどの内径よりわずかに小さい外径を備える２つの薄いプラスチックワッシャよりなる。これらのワッシャ２４、２６の材料は、多様な銘柄のＰＴＦＥまたはポリエチレンとしてよい。ワッシャ２４、２６の目的は、２つの面を有する。第一に、上側のワッシャ２４は、ガスケット２０を通過し得るあらゆる有機蒸気が電極アセンブリ２８に到達するのを防ぐために配置されている。第二に、下ワッシャ２６の配置は、電極アセンブリ２８の上面から電極アセンブリ２８の下面への一酸化炭素の拡散を制御するために構成されている。センサ１０がクリンプ加工されて閉じられると、ワッシャ２４、２６は下円板３８に押し付けられて、その箇所にシールを付与する。さらに、上ワッシャ２４は、上円板１６に押し付けられて、その箇所にシールを付与する。
【００２７】
電極アセンブリ２８は、センサ１０の作用部分である。１実施形態において、アセンブリ２８は上側電極３０および下側電極３２が被覆されている（例えばデュポンが製造するナフィオン１１５といった）イオン交換膜３４よりなる。一酸化炭素検知器におけるこれらの電極の構成および機能は、２００１年３月１３日に交付され、アットウッド・インダストリーズ・インコーポレーテッド（Atwood Industries, Inc.）社に譲渡されている、「ガス・センサ・ウィズ・ア・ダイアグノスティック・デバイス（GAS SENSOR WITH A DIAGNOSTIC DEVICE）」と題する米国特許第６，２００，４４３号に記載されており、その教示および開示はその参照によって全体として本出願に採り入れられる。正しく動作するために、アセンブリ２８は貯水槽４２からの水蒸気によって加湿され続けなければならない。
【００２８】
疎水層３６は、拡散層２２と同じ材料で作られており、下円板とアセンブリ２８の下面３２との間の電気的接触を付与するように設計されている。それは、電極アセンブリ２８に対する貯水槽４２の液体水の進入を防ぐというさらなる機能を有する。従って、拡散層２２および疎水層３６のための材料は、疎水性も有していなければならない。疎水層３６の存在が電極アセンブリ２８の上方変形を生じる際に支援し、それがアセンブリ２８の上面３０への電気的接触を付与するうえで助けとなることにも留意されたい。
【００２９】
また、ステンレス鋼下円板３８も検知器アセンブリ１０に含まれる。この円板３８は、センサ缶１４がクリンプ加工され閉じられた後に構成要素のスタックの圧縮を支えるために十分強力である。円板３８もまた、貯水槽４２から電極アセンブリ２８への水蒸気の通過を可能にするように設計された１つ以上の開口４０を備える。
【００３０】
前述の通り、一酸化炭素センサ１０および較正ガス発生器１２の構成は、ある実施形態において構成要素の一部が省略され得て、他の実施形態において一部の部品が異なる材料で作られること以外、ほぼ同じである。図１および２に例示された較正ガス発生器１２の実施形態において、電極アセンブリ２８は、付着された電極３０、３２を備えるイオン交換膜３４の複合材構造とすることができる。較正ガス発生器１２のこの実施形態では、電極３０および３２は、カーボンブラックとイオン交換ポリマーの混合物のみを含む。それらは、センサ１０の電極３０、３２の場合と同様に、水素の生成が抑制され、一酸化炭素の生成が促進されることから、白金をまったく含まない。
【００３１】
上述の通り、一酸化炭素センサ１０の構成における白金電極の代わりに、炭素電極３０、３２を較正ガス発生器１２において使用する場合、負電極は、炭素−水素−酸素配位化合物の表面被覆を形成するために電気化学的酸化処理によって修飾されており、この被覆は、それが除去された場合、迅速に補充される。電気分解に関与する酸素イオンは、電極表面と反応してＣＯおよびＣＯ２を生成する。他方の電極反応（負電極におけるそれ）もまた修飾され、メタンおよびエチレンのような種が水素の代わりに発生する。このように、本発明の較正ガス発生器１２における炭素電極の使用は、正端子での一酸化炭素の生成を促進し、負端子での水素の生成を抑制する。
【００３２】
図３および４に例示された較正ガス発生器１２の実施形態において、アセンブリ２８は、イオン交換膜３４だけを含むとしてよい。較正ガス発生器１２のこの実施形態において、アセンブリ２８は単に１枚のイオン交換膜３４よりなる。電極は、拡散層２２および疎水層３６によって付与される。これらの層２２、３４は、上述の通り、炭素含有ガス多孔性材料でできている。そうしたものとして、それらは水素抑制および一酸化炭素生成の要件を満たす。
【００３３】
一酸化炭素センサ１０とは異なり、化学的毒作用に対する抵抗の要求条件は、一酸化炭素ガス発生器１２については存在しない。そうしたものとして、ワッシャ２４は使用しても使用しなくてもよい。同様に、アセンブリ２８周辺でのガスの拡散を制御する要求条件は、ガスセンサ１０におけるよりもガス発生器１２におけるほうが重要性が少ないので、ワッシャ２６も使用しても使用しなくてもよい。図５は、それらのワッシャを含まない本発明のガス発生器１２の実施形態を例示している。この実施形態はアセンブリ２８における電極３０、３２の使用を例示しているが、層２２および３６が上述の通りその機能を果たすことができよう。そのような実施形態では、イオン交換膜３４だけが、図３および４に例示されたものに類似のアセンブリ２８に必要とされるはずである。
【００３４】
これまで一酸化炭素ガス検知器１０および一酸化炭素ガス発生器１２の両者の構成について説明してきたが、ここで自己試験および／または自動較正一酸化炭素センサ４４の構成に注目する。開示の簡単のために、以下では、試験機能および較正機能の両方を含む自動較正一酸化炭素センサ４４を検討する。そのようなセンサ４４は、一酸化炭素センサ１０、一酸化炭素ガス発生器１２および、２つの主構成要素１０、１２を一体に連結するためのハウジング４６から構成される。センサ４４はまた、適切なドライバ／検出電子部品、較正アルゴリズムおよび制御プログラムを含む。これらの各々は以下で順番に検討する。
【００３５】
図６〜１０に関して、ハウジング４６によるセンサ１０および発生器１２の連結を検討する。電気的接続は明瞭のために省略されている。これらの図に例示されたセンサ４４の種々の実施形態において、拡散制御開口の位置は、これらの実施形態間の識別特徴のうちの１つである。図６の実施形態において、各構成要素１０、１２の上円板の開口１８の大きさをセンサ４４の拡散制御開口であるように作ることは、それらが結合室ハウジング４６の壁を貫通する２つの構成要素１０、１２への電気接続部のシーリングの必要性を低減する。しかしこれは、較正の応答時間を増大させ、ピーク信号を減少させる。これらの開口１８は、センサ４４への一酸化炭素および水蒸気の進入（センサ１０について）および放出（発生器１２について）を制御する。従って、開口１８は、センサ１０の感度、発生器１２からの較正ガスの放出の速度および、両方の部品１０、１２からの水損失の速度を制御する。
【００３６】
発生器１２およびセンサ１０は、ハウジング４６によって形成される小室５０によって連結される。室５０は、小容積を有するように構成されなければならない。この室５０の容積の最小化は、生成されなければならない較正ガスの量を最小にし、システムの応答速度を向上させる。二次的な非拡散制限開口４８が、一酸化炭素が周囲環境からセンサ４４に進入可能にするために連結室５０の壁４６に存在する。センサ１０および発生器１２は、図示のように横に並んだ向きにされるかまたは、２つの上円板が近接して配置される状態で端と端とを付けた向きにされ得る。この実施形態では、センサ１０および発生器１２は、各自の貯水槽を備えなければならない。
【００３７】
図７に例示された自動較正センサ４４の別の実施形態において、別個の発生器１２およびセンサ１０はそれぞれ、それらのトップキャップに大きめの非拡散制限開口１８を有する。これらの大きな開口１８はそれぞれ、センサ１０および発生器１２に出入りする一酸化炭素および水蒸気の拡散速度を制限しない。２つの構成要素１０、１２はその場合、図示の通り、拡散制限開口４８が設けられている小室５０によって連結される。これは、センサ１０と発生器１２との間での較正ガスおよび水蒸気の自由な連通を可能にし、較正事象に対するセンサのより高速かつ大きな応答をもたらす。センサ１０および発生器１２間の水蒸気の自由な移動は、図８の実施形態に例示されているように、単一の貯水槽だけが必要とされ得ることにつながる。実際、この自由な移動は、貯水槽をセンサ１０（図示の通り）かまたは発生器１２（図示せず）のどちらか一方に備えることを可能にする。代替として、両方の構成要素１０、１２は、図６および７において要求されたものよりも小さい貯水槽を備えることができる。
【００３８】
本発明のさらに別の実施形態において、センサ１０および発生器１２は、図９および１０に図示されたように共通の貯水槽を共有する。これは、センサおよび発生器の両者の缶の底部を取り除き、開放端を共通の貯水槽に浸漬することによって達成され得る。これの１つの長所は、自動較正センサ４４の全体寸法が、同じ水量について前の実施形態のそれよりも小さくなり得る、ということである。センサ１０および発生器１２は、開口４８が非拡散制御性である図９の実施形態に例示されたように、各自個別の拡散制御開口１８を備え得る。代替として、連通室５０の壁の開口４８が拡散制御性となるような大きさに作ることができ、センサ１０および発生器１２の開口１８は図１０に図示されたように非拡散制御性とすることができる。
【００３９】
これまで個別の構成要素１０、１２および自動較正一酸化炭素アセンブリ４４の構成について説明してきたが、ここで本発明の試験および自動較正の方法に注目する。試験・自動較正プロセスは基本的に、電気パルスをガス発生器１２に印加し、その後センサ１０の出力への影響を観察することからなる。しかし、この方法の実際的な具体化は、後述の通り、もっと複雑である。
【００４０】
所要の電気化学的反応と競合する不要な副反応がまったく存在しない電気化学的ガス発生器では、生成されるガスの量は、発生器を通過する電子の数に正比例する。電子の数は、発生器を通過する電流の時間積分によって決定される。従って、各電気パルスにより生成されるガスの量の制御は、パルス電流およびパルス持続時間を制御することによって最善に達成され得る。それゆえ、ガス発生器のための駆動回路は、好ましくは定電流源を含む。そうした電流源は、要求される電圧に関わらず、事前設定された電流を供給する。電流パルス持続時間を制御するために、タイミングプロセス制御要素が、電流源とともに含まれる。本発明の実施形態によれば、ＣＯ発生器１２は、数秒間印加される一般に＜１０ｍＡの電流を必要とする。
【００４１】
発生器に印加される電気パルスの極性は重要である。発生器が前述の電気化学的プロセスによって一酸化炭素を生成するためには、発生器１２の出口開口１８に最も近い電極３０（図３および４の実施形態における２２）が他方の電極３２（図３および４の実施形態における３６）に対して正にされることが必要である。極性が逆にされた場合、較正の間にセンサ１０に入るガスが主に一酸化炭素でないことが起こり得る。
【００４２】
一酸化炭素の生成は、本発明の少なくとも一部の実施形態または装置において温度依存性となり得ることが考えられる。その理由は、電気化学的プロセスが温度に対して指数依存性を示す反応速度を有するからである。そうした温度依存性に対処するために、本発明の１実施形態は、印加電流の大きさを周囲温度の関数として変化させる。別の実施形態では、印加パルス持続時間が周囲温度の関数として変更される。これらの実施形態の各々において、周囲温度に基づく変動は、発生器１２によって生成される一酸化炭素の量が既知量であるように行われる。発生器１２における一酸化炭素の生成は温度依存性であり得るが、周囲温度は、家庭用検知器４４が動作するように期待されているはずの温度範囲においてはセンサ１０にごくわずかな影響しか及ぼさない。従って、センサ応答の温度補償は要求され得ない。
【００４３】
本発明の別の実施形態では、発生器１２による一酸化炭素の生成の温度依存性を考慮するためにセンサの読みが補償または調整される。この実施形態では、周囲温度が測定され、センサ応答は記憶された数学アルゴリズムを用いて適切に修正される。このアルゴリズムは、与えられた周囲温度で発生器１２によって生成される一酸化炭素の増加または減少する量を補償する。
【００４４】
本発明のさらなる実施形態では、センサの出力は、感温性負荷抵抗回路網を用いて自動的に修正される。代替として、感温性増幅器が、周囲温度に基づくセンサの出力を調整するために使用され得る。しかし、センサの出力の補償は、センサが周囲温度によって悪影響を受けるからではなく、その駆動回路が上述の通り補償されない限り、発生器１２が異なる温度で異なる量の一酸化炭素を生成することから実行されるということを再度述べておく。
【００４５】
さらなる代替実施形態として、本発明のシステムは、較正事象を可能にする前に周囲温度が限定された許容範囲内にあることを保証する。このようにして、生成される一酸化炭素の量は既知の限定範囲内にある。そうしたものとして、センサ１０の応答は、確実に測定および補償され得る。
【００４６】
そのうえ、較正事象が開始される前に、Ｓｂａｃｋの値を決定するためにセンサ信号５８を測定することが必要である。通常の周囲環境において、Ｓｂａｃｋは５ｐｐｍ未満の値を有していなければならない。しかし、何らかの異常な大気条件の下で、またはセンサが高い濃度の特定の有機汚染物質に曝された場合、Ｓｂａｃｋの値はもっと高くなり得る。しかしそれらの条件下でも、Ｓｂａｃｋの値が安定している限り、良好な較正を実行することは依然可能なはずである。これは、短い時限にわたりＳｂａｃｋの変化率を測定することによって確認され得る。較正事象が中止される必要があるのは、Ｓｂａｃｋの値が３０ｐｐｍのＵＬアラームしきい値を超えた時だけである。これは、検知器がアラーム状態に近づいているかもしれないという可能性があるからである。Ｓｂａｃｋの値が許容できるものであれば（すなわち、５ｐｐｍ以下かまたは、３０ｐｐｍ未満で安定）、Ｓｂａｃｋの値は、Ｓｐｅａｋかまたは積分期間（ｔｓｔａｒｔからｔｓｔｏｐまで）中に測定された平均値のどちらか一方から減算され得る。これが可能なのは、低バックグラウンドレベルではセンサ信号が単純に加法的であるからである。そうしたものとして、バックグラウンドはこのレベルの単純な減算によって除去され得る。正しく動作している発生器において発生する電圧が、不良な発生器によって生成されたタイプの電圧波形とともに図１１に図示されている。
【００４７】
この図１１において、発生器１２への電流の駆動は、時間ｔｏｎにオンにスイッチされ、時間ｔｏｆｆにオフにスイッチされる。電圧測定は、時間ｔｍおよびｔｔａｉｌで行われる。実際のシステムでは、ｔｏｎとｔｏｆｆとの間の時間遅延は一般に１０秒であり、ｔｍは、パルスの途中約３／４（例えば、ｔｏｎ後、一般に７．５秒で）生起するはずである。時間ｔｔａｉｌは、一般にｔｏｎ後、３０秒〜１分である。時間ｔｍに測定される波形５２の電圧は、ガス発生器１２において生起する一次電気化学的反応を表しており、それは通常、値Ｖｇｏｏｄを有し、ここでＶｇｏｏｄは範囲２．９Ｖ〜４Ｖにある。完全には初期化されず、低濃度のＣＯだけを生成しがちである発生器は、Ｖｗｒｏｎｇの値を有する電圧波形５４を生成し、ここでＶｗｒｏｎｇは２．３Ｖ未満のはずである。Ｖｂａｄの値を有する電圧波形５６を生成する発生器は、その耐用寿命の終わりの一酸化炭素発生器の典型である（Ｖｂａｄは４．５Ｖ以上であろう）。時間ｔｔａｉｌで測定される電圧は、Ｖｔａｉｌと呼ばれ、良好な発生器の場合、０．１Ｖ未満であろう。
【００４８】
ガス発生器１２に印加された電流の結果として生成される一酸化炭素の量に応答したセンサ１０の振る舞いは、一般に図１２において波形５８として図示されたようなものであろう。（波形６０として表現された）電流がｔｏｎに発生器１２に印加される直前に、波形５８はＳｂａｃｋのレベルを有するはずである。ｔｏｎ後１、２秒に、センサ１０からの信号５８は上昇し始め、時間ｔｐｅａｋでピークＳｐｅａｋに到達した後、ゼロに向け減衰して戻る。
【００４９】
ｔｏｎとｔｐｅａｋとの間のセンサ信号５８の振る舞い、およびｔｏｎとｔｐｅａｋとの間の遅延は、ガス発生器１２およびセンサ１０の両者の開口１８の大きさによって決定されるはずである（図６〜１０参照）。これらの開口１８が大きくなればなるほど、ガスはより高速に発生器１２からセンサ１０に進行し、それゆえ遅延は短くなる。連結室５０の容積（図６〜１０参照）もまた、波形５８に影響を及ぼす。すなわち、より大きい容積は、ｔｐｅａｋを遅延させ、Ｓｐｅａｋを縮小することになる。これは、室５０の容積を最小にする必要性を指摘している。同様に、ｔｄｅｃａｙとして指示された期間中におけるセンサ信号５８の振る舞いも室５０の容積によって制御される。振る舞いはまた、開口１８が非拡散制限性であればセンサ１０における電極の触媒能によって、または開口４８が非拡散制限性であれば室５０から周囲環境への開口４８の有効径によって、影響され得る。
【００５０】
較正事象の出力、Ｓｐｅａｋの値および、ｔｓｔａｒｔとｔｓｔｏｐとの間のセンサ信号の積分値（図１２における斜線領域）を規定するために使用され得るセンサ信号５８の２つの特徴が存在する。開始時間ｔｓｔａｒｔは一般にｔｐｅａｋ前の約１０秒であり、停止時間ｔｓｔｏｐはｔｐｅａｋ後の約１０秒である。これらの時間は通常、ガス発生器１２の寿命の間固定されたままであろう。
【００５１】
加えて、較正事象が開始される前に、Ｓｂａｃｋの値を決定するためにセンサ信号５８を測定することが必要である。通常の周囲環境において、Ｓｂａｃｋは、５ｐｐｍ未満の一酸化炭素濃度に相当する値を有していなければならない。Ｓｂａｃｋの値が５ｐｐｍ超のＣＯの濃度に相当する場合、特に、それが３０ｐｐｍを超えるＣＯである場合には、較正事象は中止される必要があろう。これは、検知器がアラーム状態に近づいているかもしれない可能性があるからである。Ｓｂａｃｋの値が許容できるものであれば（すなわち５ｐｐｍ以下）、Ｓｂａｃｋの値は、Ｓｐｅａｋかまたは積分期間（ｔｓｔａｒｔからｔｓｔｏｐまで）中に測定された平均値のどちらか一方から減算され得る。これが可能なのは、低バックグラウンドレベルではセンサ信号が単純に加法的であるからである。そうしたものとして、バックグラウンドはこのレベルの単純な減算によって除去され得る。
【００５２】
本発明の１実施形態において、検知器アセンブリ４４は、図１３に例示された通り、プログラムされたマイクロコントローラ６２または他の論理装置（例えばＰＬＡ、ＡＳＩＣなど）を含むであろう。マイクロコントローラ６２は、検知器４４を動作させ、一酸化炭素検知器の全部の通常の機能を付与し、そして較正事象を開始する時間を計算し、較正事象を制御し、いずれかの較正変更または較正事象の結果が必要とする他の事象を開始するように設計されている。マイクロコントローラ６２は、アナログ／デジタル変換回路６４によって検知器４４の構成要素とインタフェースをとる。この回路６４は、マイクロコントローラ６２の内部としてもよい。マイクロコントローラ６２はまた、上述の通り一酸化炭素アラーム機能および試験・較正機能を実行するためにタイミングプロセス回路６６とインタフェースをとる。マイクロコントローラ６２は、一酸化炭素アラーム状態を感知するとアラームインジケータ回路７４を利用して居住者にその状態を警告する。故障インジケータ回路７６は、検知器４４の故障を感知するとマイクロコントローラ６２によって利用される。他のインジケータおよびプロセス７８とのインタフェースもまた設けられ得る。
【００５３】
較正ガスの発生は、１実施形態において、上述の通り、プログラムされた電流源／シンク７０から較正ガス発生器１２に電流パルスを印加するために電子スイッチ６８の使用によって制御される。試験／較正事象の間に、発生器１２の電圧は、発生器１２の動作状態を検出するために監視され得る。故障が検出された場合、マイクロプロセッサは故障インジケータ回路７６によって居住者に指示することができる。電流パルスは、生成される一酸化炭素ガスの量が表示・アラーム濃度未満であるように制御されることに留意されたい。このようにして、検知器４４が試験／較正事象中に表示またはアラームを発する可能性はまったくない。当然、試験／較正インジケータは、必要に応じて検知器アセンブリ４４を備える他のインジケータ７８の一部として設けられ得る。
【００５４】
やはり上述の通り、温度補償は、温度測定回路７２の装備によって達成され得る。この温度測定回路７２は、上述の温度について発生器１２の性能を補償する実施形態において、プログラムされた電流源／シンク回路７０に入力を供給し得る。温度情報はまた、やはり上述の通り、発生器１２の温度変動によるセンサ１０の出力の補償を可能にするためにマイクロコントローラ６２にも供給され得る。
【００５５】
本発明の試験／較正方法は、図１４に簡略化した流れ図の形式で例示されており、ここで具体的に言及する。試験／較正事象８０の開始時、本発明のシステムはセンサ１０のバックグラウンド信号（Ｓｂａｃｋ）を測定する８２。Ｓｂａｃｋが過大であるかまたは、その値がステップ８４によって決定された通り安定していない場合、試験／較正事象は終了される８６。この終了の理由は、前に詳細に述べられており、検知器４４が恐らくアラーム状態に入っていることと関係づけられる。しかし、Ｓｂａｃｋが過度に大きくないかまたは、値がステップ８４で安定している場合、本発明のシステムは試験／較正事象を続行し得る。
【００５６】
発生器１２に対し温度変動を補償する本発明の実施形態において、温度が確認され、必要な場合、電流パルス制御パラメータがステップ８８で調整される。温度補償が要求される場合には、システムはステップ９０において調整されたｔｏｎ、ｔｏｆｆ、ｔｓｔａｒｔ、ｔｐｅａｋ、ｔｓｔｏｐ、ｔｔａｉｌおよびｔｄｅｃａｙを計算する。代替として、そのような補償が利用される場合、記憶されたパラメータが種々の温度についてルックアップテーブルから使用され得る。
【００５７】
発生器１２が正しく動作していることを保証するために、電流パルスが印加され、発生器１２における電圧が時間ｔｍにステップ９２において測定される。ステップ９４で電圧が許容限界の範囲内にない場合、故障が指示され、試験／較正事象は終了される９６。しかし、ステップ９４で電圧が許容限界の範囲内にあれば、ステップ９８で、Ｓｐｅａｋの測定、ｔｓｔａｒｔからｔｓｔｏｐまでのセンサ信号の積分および平均を含め、センサパラメータが測定される。発生器１２の電圧Ｖｔａｉｌも測定され、好ましくはｔｄｅｃａｙの間のセンサ信号も記録される。ステップ１００で発生器電圧Ｖｔａｉｌが許容限界の範囲内にない場合、故障が指示され、試験／較正事象はステップ１０２で終了される。
【００５８】
ステップ１００で発生器１２の電圧Ｖｔａｉｌが許容可能であれば、その後ステップ１０４で、Ｓｂａｃｋの値が上述の通りセンサ信号（または平均）から減算される。加えて、発生器１２による一酸化炭素生成の温度変動を釈明するためにセンサの読みを補償するために温度測定値を利用する本発明の実施形態において、センサ測定値は、このステップ１０４で補正される。検知器４４の較正はその後、必要に応じて、上述の通りセンサ１０における何らかの変動を調整するためにステップ１０６で補正される。これが完了すると、試験／較正事象はステップ１０８で終了される。
【００５９】
特許、特許出願および公報を含め、ここで引用された文献の全部は、参照によってその全体として本出願に採り入れられる。
【００６０】
本発明の種々の実施形態の上述の説明は、例示および説明の目的で開示されている。それは、網羅的であるようにまたは、本発明を開示された厳密な実施形態に限定しようと意図されていない。多数の修正または変種が上記の教示に照らして可能である。検討した実施形態は、本発明の原理およびその実際的応用の最良の例示を提供し、それによって当業者が、種々の実施形態において、熟考された特定の使用に適するように種々の修正を伴い、本発明を利用することを可能にするために選択され説明された。全部のそのような修正および変種は、それらが公平に合法的かつ公正に名称を与えられる範囲に従って解釈された時に添付特許請求の範囲によって決定される本発明の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】クリンプ加工前の本発明の１実施形態に従って構成された一酸化炭素ガスセンサおよび／または発生器の簡略化した組立図である。
【図２】クリンプ加工後の図１の一酸化炭素ガスセンサおよび／または発生器の簡略化した組立図である。
【図３】クリンプ加工前の本発明の実施形態に従って構成された一酸化炭素ガス発生器の簡略化した組立図である。
【図４】クリンプ加工後の図３の一酸化炭素ガス発生器の簡略化した組立図である。
【図５】クリンプ加工後の本発明の別の実施形態に従って構成された一酸化炭素ガス発生器の簡略化した組立図である。
【図６】本発明の実施形態に従って構成された自動較正一酸化炭素検知器を例示している概略図である。
【図７】本発明の別の実施形態に従って構成された自動較正一酸化炭素検知器を例示している概略図である。
【図８】本発明のさらなる実施形態に従って構成された自動較正一酸化炭素検知器を例示している概略図である。
【図９】本発明のまた別の実施形態に従って構成された自動較正一酸化炭素検知器を例示している概略図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施形態に従って構成された自動較正一酸化炭素検知器を例示している概略図である。
【図１１】その適正な動作を保証するために一酸化炭素発生器において発生する電圧の例図である。
【図１２】本発明の一酸化炭素発生器の動作に応答した一酸化炭素センサの振る舞いの例図である。
【図１３】本発明の教示に従って構成された自動較正一酸化炭素検知器の実施形態の簡略化した制御ブロック図である。
【図１４】本発明の較正方法を例示している簡略化した流れ図である。
【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５】
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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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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