(57)【要約】【課題】低濃度から高濃度まで広範囲にわたる濃度測定が可能な接触燃焼式ガスセンサを提供する。【解決手段】可燃性ガスと感応する検出素子１０および補償素子２０を有する接触燃焼式ガスセンサＸにおいて、検出素子１０および補償素子２０の少なくとも何れかの出力によって可燃性ガスの測定濃度域を判断するガス濃度域識別手段３０と、可燃性ガスの濃度域が爆発下限界未満の場合は、検出素子１０および補償素子２０の出力に基づいて濃度を算出し、可燃性ガスの濃度域が爆発下限界以上の場合は、補償素子２０の出力に基づいて濃度を算出する濃度演算手段４０と、を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性ガスと感応する検出素子および補償素子を有する接触燃焼式ガスセンサにおいて、
前記検出素子および前記補償素子の少なくとも何れかの出力によって可燃性ガスの測定濃度域を判断するガス濃度域識別手段と、
可燃性ガスの濃度域が爆発下限界未満の場合は、前記検出素子及び前記補償素子の出力に基づいて濃度を算出し、可燃性ガスの濃度域が爆発下限界以上の場合は、前記補償素子の出力に基づいて濃度を算出する濃度演算手段と、を備えた接触燃焼式ガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可燃性ガスと感応する検出素子および補償素子を有する接触燃焼式ガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
接触燃焼式ガスセンサは、ヒータと温度計を兼ねる白金線コイルに貴金属触媒を担持させたアルミナを球状に焼結させた構造のセンサで、可燃性ガスの接触燃焼に伴う素子の温度変化を検知して可燃性ガスの濃度を検出するガスセンサである。一般的には、同じく触媒のないアルミナのみを焼結させた補償素子と共にブリッジ接続することで、爆発限界（ＬＥＬ）までの可燃性ガスの濃度を、環境温度、湿度の影響が少なく安定して検出することができる。
【０００３】
尚、本発明における従来技術となる上述した接触燃焼式ガスセンサは、一般的な技術であるため、特許文献等の従来技術文献は示さない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
接触燃焼式ガスセンサにおいては、高精度の測定が可能であるものの、測定時に触媒によって可燃性ガスを燃焼させるため、高濃度ガスでは、燃焼に必要な酸素の不足によりセンサ出力が低下し、１００％ｖｏｌまでの高濃度ガスの検知が出来ない問題があるため、一般的に爆発下限界（ＬＥＬ）までのガス濃度の検知に使用されている。
また、熱伝導式ガスセンサにおいては、測定時に可燃性ガスが燃焼しないので低濃度から高濃度まで広範囲にわたる濃度測定が可能であるものの、分解能が低いために低濃度領域では十分な精度の測定ができなかった。
可燃性ガスの濃度測定においては、低濃度から高濃度までの広範囲にわたって安定して対応できるのが好ましい。
【０００５】
従って、本発明の目的は、安定して低濃度から高濃度まで広範囲にわたる濃度測定が可能な接触燃焼式ガスセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明に係る接触燃焼式ガスセンサは、可燃性ガスと感応する検出素子および補償素子を有する接触燃焼式ガスセンサであって、その第一特徴構成は、前記検出素子および前記補償素子の少なくとも何れかの出力によって可燃性ガスの測定濃度域を判断するガス濃度域識別手段と、可燃性ガスの濃度域が爆発下限界未満の場合は、前記検出素子及び前記補償素子の出力に基づいて濃度を算出し、可燃性ガスの濃度域が爆発下限界以上の場合は、前記補償素子の出力に基づいて濃度を算出する濃度演算手段と、を備えた点にある。
【０００７】
本構成によれば、ガス濃度域識別手段は、検出素子が通電により発熱することで触媒が加熱されて可燃性ガスと反応し、その反応熱に応じて（可燃性ガスの濃度に応じて）変化する出力値、或いは、補償素子が可燃性ガスの濃度に応じて熱が収奪されることにより変化する出力値を利用することによって可燃性ガスの測定濃度域を判断する。
【０００８】
このようにして判断された可燃性ガスの濃度域が爆発下限界未満の場合は、測定時に触媒によって可燃性ガスを燃焼させる検出素子及び補償素子の出力に基づいて濃度を算出し、当該濃度域が爆発下限界以上の場合は、測定時に可燃性ガスが燃焼しない補償素子の出力に基づいて濃度を算出するように濃度演算手段を設定すれば、低濃度から高濃度（１００ｖｏｌ％）まで広範囲にわたる濃度測定を安定して行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の接触燃焼式ガスセンサの概要を示す図である。
【図２】ブリッジ回路を示す断面図である。
【図３】濃度検知用出力のグラフである。
【図４】ガス種識別用出力のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示したように、本発明の接触燃焼式ガスセンサＸは、検出素子１０および補償素子２０を有する。
当該接触燃焼式ガスセンサＸは、検出素子１０および補償素子２０の少なくとも何れかの出力によって可燃性ガスの測定濃度域を判断するガス濃度域識別手段３０を備え、さらに、可燃性ガスの濃度域が爆発下限界未満の場合は、検出素子１０及び補償素子２０の出力に基づいて濃度を算出し、可燃性ガスの濃度域が爆発下限界以上の場合は、補償素子２０の出力に基づいて濃度を算出する濃度演算手段４０を備える。
【００１１】
検出素子１０は、電気抵抗に対する温度係数が高い白金やタングステン等を含む金属線のコイルの表面が、被検出ガスに対して活性な白金やパラジウムといった貴金属等からなる触媒を坦持するアルミナ等の坦体で被覆されて形成されている。当該検出素子１０は、可燃性ガス中に置かれたとき、通電により発熱することで自身が備える触媒が加熱されて可燃性ガスと反応し、その反応熱に応じて（可燃性ガスの濃度に応じて）出力値が変化する。
【００１２】
補償素子２０は、検知素子と同様に可燃性ガス中に置かれて通電されることで、検知素子の温度補償を行うための素子であり、検知素子が有する触媒による燃焼熱に応じた出力値の変化分のみ取り出すために用いられる。
補償素子２０は、例えば検出素子１０と同等のコイルの表面がアルミナ等の坦体で被覆されて形成されている。補償素子２０触媒を有しないため、触媒反応による可燃性ガスの燃焼が生じないため、被検出ガスに対して不活性とされる。当該補償素子２０は、通電されることにより発熱してその周囲を覆うアルミナ等の坦体を加熱するものであり、熱により自らの抵抗値が変化する。
【００１３】
通常、接触燃焼式ガスセンサＸは、可燃性ガスが検出素子１０の触媒に接触した際に生じる燃焼反応の発熱により高温となった検出素子１０と、被検出ガスによる燃焼反応が発生せず検出素子１０よりも低温の補償素子２０との間に電気抵抗値の差が生ずることを利用し、雰囲気温度による電気抵抗値の変化分を相殺して可燃性ガスの濃度を検出することができる。
【００１４】
本発明の接触燃焼式ガスセンサＸにおいて、ガス濃度域識別手段３０は、検出素子１０が通電により発熱することで触媒が加熱されて可燃性ガスと反応し、その反応熱に応じて（可燃性ガスの濃度に応じて）変化する出力値、或いは、補償素子２０が可燃性ガスの濃度に応じて熱が収奪されることにより変化する出力値の何れかによって可燃性ガスの測定濃度域を判断する。
【００１５】
ガス濃度域識別手段３０は、検出素子１０の出力値および補償素子２０の出力値の変化に基づき、既知の関数と比較することで、被検知ガスの濃度域を判断するマイコンなどで構成してあれば、どのような態様であってもよい。
【００１６】
濃度演算手段４０は、可燃性ガスの濃度域が爆発下限界未満の場合は、測定時に触媒によって可燃性ガスを燃焼させる検出素子１０及び補償素子２０の出力に基づいて濃度を算出し、可燃性ガスの濃度域が爆発下限界以上の場合は、測定時に可燃性ガスが燃焼しない補償素子２０の出力に基づいて濃度を算出する。このように濃度演算手段４０を構成することにより、接触燃焼式ガスセンサＸが低濃度から高濃度まで広範囲にわたる濃度測定を安定して行うことが可能となる。
【００１７】
濃度演算手段４０は、可燃性ガスの濃度域が爆発下限界未満の場合は、検出素子１０及び補償素子２０の出力に基づいて濃度を算出し、可燃性ガスの濃度域が爆発下限界以上の場合は、補償素子２０の出力に基づいて濃度を算出するマイコンなどで構成してあれば、どのような態様であってもよい。
【００１８】
本発明の接触燃焼式ガスセンサＸにおいて、図２に示したように、検出素子１０および補償素子２０は、負荷抵抗ＲＬ１，ＲＬ２、対辺抵抗Ｒ１，Ｒ２とブリッジ回路Ａを形成している。即ち、当該ブリッジ回路Ａは、検出素子１０および負荷抵抗ＲＬ１が直列接続される枝辺と、補償素子２０および負荷抵抗ＲＬ２が直列接続される枝辺と、対辺抵抗Ｒ１，Ｒ２が直列接続される枝辺とが並列に接続され、電源Ｅから供給される電圧に基づいて所定の電圧が印加される。
【００１９】
このようなブリッジ回路Ａにおいて、メタンの濃度測定を行う場合、対辺抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点ａと、補償素子２０および負荷抵抗ＲＬ２の接続点ｂとの間の電圧を検出することで、体積分率出力Ｖvolが得られる（図３）。
【００２０】
図３の体積分率出力Ｖvolでは、１００ｖｏｌ％までセンサ出力とガス濃度の関係が一義的関数になっており、１００ｖｏｌ％までの高濃度の検知が可能である事が判る。
【００２１】
このように、体積分率出力Ｖvolは１００ｖｏｌ％までの高濃度の検知が可能であるが、気体の濃度による熱伝導率の違いに応じて発熱素子の熱が収奪される事による僅かな温度の変化を検出するため、出力変化が小さく、低濃度領域での安定した濃度検知には不向きであるため、爆発下限界（ＬＥＬ）に対する百分率で濃度を示すＬＥＬ濃度計には一般的に採用しない。
【００２２】
一方、補償素子２０および負荷抵抗ＲＬ２の接続点ｂと、検出素子１０および負荷抵抗ＲＬ１の接続点ｃと、の間の電圧を検出することで、爆発下限界出力ＶLELが得られる（図４）。
【００２３】
この爆発下限界出力ＶLELは、対辺抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点ａと補償素子２０および負荷抵抗ＲＬ２の接続点ｂとの間の電圧と、対辺抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点ａと検出素子１０および負荷抵抗ＲＬ１の接続点ｃとの間の電圧と等価であり、補償素子２０によって周囲の温湿度変動の影響が取り除かれている。
【００２４】
図４より、爆発下限界出力ＶLELが、メタンの場合は、１０ｖｏｌ％（２００％ＬＥＬ）付近にセンサ出力のピークが存在し、それ以上の高濃度になるとセンサ出力が低下することが判る。このようにセンサ出力に対しガス濃度が一義的でないため、一般的にピーク点を過ぎた高濃度のガス濃度の検知には使用しない。
【００２５】
爆発下限界出力ＶLELは１００ｖｏｌ％までの高濃度の検知は不可能であるが、触媒による燃焼反応による発熱を利用するため、爆発下限界（ＬＥＬ）までの低濃度領域において安定した濃度値の検知が可能である。
【００２６】
よって、爆発下限界（ＬＥＬ）までの低濃度領域を爆発下限界出力ＶLEL、１００ｖｏｌ％までの高濃度領域を体積分率出力Ｖvolと使い分ける事により検出素子１０と補償素子２０からなる１つの接触燃焼式ガスセンサにて、低濃度から高濃度まで広範囲にわたり安定して濃度測定を行う事ができる。
【実施例】
【００２７】
本発明の実施例について説明する。
本発明の接触燃焼式ガスセンサを使用し、ガス種をメタンとし、ガス濃度を爆発下限界（ＬＥＬ）を１００％とした百分率で示す測定範囲０〜１１０％ＬＥＬのＬＥＬレンジと、空気との体積比を百分率で示す測定範囲０〜１００％ｖｏｌのＶＯＬレンジの２つの測定範囲を持つ測定機器（ガス検知器）を構成した。
【００２８】
この測定機器の濃度校正を以下のようにして行った。即ち、ＬＥＬレンジは、前出の爆発下限界出力ＶLEL（補償素子２０および負荷抵抗ＲＬ２の接続点ｂと、検出素子１０および負荷抵抗ＲＬ１の接続点ｃと、の間の電圧を検出：以下ＬＥＬ出力）を清浄空気で零点調整し、１００％ＬＥＬ（メタン５ｖｏｌ％）のメタンにてスパン調整を実施した。
【００２９】
また、ＶＯＬレンジは、前出の体積分率出力Ｖvol（補償素子２０および負荷抵抗ＲＬ２の接続点ｂとの間の電圧を検出：以下Ｖｏｌ出力）を清浄空気で零点調整し、１００ｖｏｌ％のメタンにてスパン調整を実施した。
【００３０】
メタンの濃度測定は、ＬＥＬレンジおよびＶＯＬレンジの両方とも、濃度校正の結果によって、それぞれ濃度値に換算する処理を実施し、その後、要求される測定精度により必要であれば、直線化処理を実施した。
【００３１】
測定レンジの切り替え判定は、ガス濃度域識別手段３０により、以下のようにして行った。
ＬＥＬレンジからＶＯＬレンジへの切り替えは、ＬＥＬ出力が１１０％ＬＥＬを超える、または、ｖｏｌ出力が７．５ｖｏｌ％を超えたときに行った。また、ＶＯＬレンジからＬＥＬレンジへの切り替えは、Ｖｏｌ出力が７．５ｖｏｌ％未満かつ、ＬＥＬレンジが１００％ＬＥＬ未満のときに行った。
【００３２】
このように７．５ｖｏｌ％（１１０％ＬＥＬ）以上、かつ出力が低下する１０ｖｏｌ％未満（図４参照）のＶｏｌ出力をレンジ切り替えの判断値として含め、ＬＥＬ出力とＶｏｌ出力の両方の出力によりレンジ切り替えを実施する事で、ガス濃度に対してＬＥＬ出力が低下する前後を区別する事ができる。
【００３３】
濃度表示は、濃度演算手段４０および測定レンジの切り替え判定の結果により、ＬＥＬレンジの時はＬＥＬ出力によるＬＥＬ濃度を単位［％ＬＥＬ］で表示する。また、ＶＯＬレンジの時は、Ｖｏｌ出力による濃度値を単位［ｖｏｌ％］で表示する。
【００３４】
尚、レンジ固定モードとして、上記の自動処理による測定レンジの切り替えの外、Ｖｏｌ出力による濃度値を単位［ｖｏｌ％］での表示に固定する「ＶＯＬ固定モード」を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、被検知ガスと感応する検出素子および補償素子を有する接触燃焼式ガスセンサに利用できる。
【符号の説明】
【００３６】
Ｘ        接触燃焼式ガスセンサ
１０        検出素子
２０        補償素子
３０        ガス濃度域識別手段
４０        濃度演算手段
【図１】
2015025783.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015025783.tif 000005
【図４】
2015025783.tif 000006