(57)【要約】【課題】電源電圧の測定による電力の消耗を抑え、かつ信頼性の高いガスセンサを実現する。【解決手段】電源電圧測定手段３３と、一酸化炭素検出駆動回数を計数する計数手段３４とを有し、前記計数手段３４で計数した検出回数に応じて前記電源電圧測定手段３３を動作させ、一酸化炭素検出のパルス間隔を設定するようにしたガスセンサとすることにより、電源電圧の測定による電力の減耗を抑え、かつ電圧監視を行なうことによって、省電力化と信頼性の向上がはかれるものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電圧測定手段と、一酸化炭素検出駆動回数を計数する計数手段とを有し、前記計数手段で計数した検出回数に応じて前記電源電圧測定手段を動作させ、一酸化炭素検出のパルス間隔を設定するガスセンサ。
【請求項２】
電源投入時に計数手段を初期化する計数初期化手段を有する請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
計数手段での検出回数の基準を複数設け、基準値間の間隔を時間経過と共に短くなるように設定し、基準値を越えた時に電源電圧測定手段を動作させる請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項４】
電源電圧測定手段と、カレンダー機能を有する時間計測手段とを有し、予め設定された時間経過時に電源電圧測定手段を動作させるガスセンサ。
【請求項５】
一酸化炭素検出駆動回数を計数する計数手段と、前記計数手段で計数した検出回数に応じて動作する前記電源電圧測定手段と、前記計数手段で所定の計数回数を計数した時に報知する計数報知手段とを有するガスセンサ。
【請求項６】
一酸化炭素検出駆動回数を計数する計数手段と、前記計数手段で計数した検出回数に応じて動作する電源電圧測定手段と、前記電源電圧測定手段での測定値が基準値を下回った時、報知する電源状態報知手段とを有するガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一酸化炭素を検出するガスセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガスセンサとして、半導体式、熱線半導体式、固体電解質式など種々の方式、形状のものが提案されているが、その中に、省電力化をはかり電池駆動を可能とし設置性を改善した薄膜ガスセンサがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
これは、図８に示すように、基板１と、この上に形成されたヒータ２と、この上面に電気絶縁層３を介して形成された酸素イオン導電性を有する固体電解質薄膜４と、固体電解質薄膜４上に形成された一対の電極５、６と、前記電極の一方の電極６上に設けられた酸化触媒層７とより構成している。この構成により、ガスセンサの熱容量を小さくしてパルス駆動を可能としている。
【０００４】
しかし、半導体式、熱線半導体式、固体電解質式など、いずれの方式のものも、ヒータ２で所定の温度に加熱するものであって、電池容量を長期間保持するためパルス間隔を大きくとる必要がある。ところが、パルス間隔が大きい場合は、火災などの緊急時にＣＯが急激に発生する場合は、ＣＯの検出が遅れる場合も生じるものであった。
【０００５】
そこで、図９に示されるように、ヒータ２を間欠的に動作するとともに、出力が第一の設定値より低い時のパルス間隔ｔｈ１を第一の設定値より高い時のパルス間隔ｔｈ２よりも長くすることによって、緊急時にＣＯを早く検知するようにしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１９４３２９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のガスセンサにおけるパルス間隔制御においては、電源電圧が十分安定していることが前提となる。特に電源が電池式のものでは、電源電圧の安定は制御の大前提であるが、常に、電源電圧を測定しながら動作を行なっていては、測定に伴う電池容量の損失も大きくなり、省電力化と信頼性向上に課題が残るものである。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電源電圧の測定に伴う電力の消耗を小さくし、省電力化と信頼性の向上をはかったガスセンサを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のガスセンサは、一酸化炭素検出駆動回数を計数手段で計数し、計数した検出回数に応じて電源電圧測定手段を動作させ、一酸化炭素検出のパルス間隔を設定するものである。
【００１０】
これにより、パルス駆動動作を行なう毎に電源電圧を検出することなく、しかも計数に応じてある間隔で電源電圧を検出することができるので、電源電圧の測定に伴う電力の消耗を小さくし、省電力化と信頼性の向上がはかれるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、電源電圧測定手段と、一酸化炭素検出駆動回数を計数する計数手段とを有し、前記計数手段で計数した検出回数に応じて前記電源電圧測定手段を動作させ、一酸化炭素検出のパルス間隔を設定するガスセンサとしたことにより、パルス駆動動作を行なう毎に電源電圧を検出することなく、しかも計数に応じてある間隔で電源電圧を検出することができるので、電源電圧の測定に伴う電力の消耗を小さくし、省電力化と信頼性の向上がはかれる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、電源投入時に計数手段を初期化する計数初期化手段を有する請求項１に記載のガスセンサとしたことにより、電源投入時に時に計数手段を初期化し、検出回数を数え始めるものである。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、計数手段での検出回数の基準を複数設け、基準値間の間隔を時間経過と共に短くなるように設定し、基準値を越えた時に電源電圧測定手段を動作させる請求項１に記載のガスセンサとしたことにより、電源の変調をすばやく検出するものである。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、電源電圧測定手段と、カレンダー機能を有する時間計測手段とを有し、予め設定された時間経過時に電源電圧測定手段を動作させるガスセンサとしたことにより、予め電源電圧を測定する時点を記憶させておいて確実に電源電圧の診断を行なうものである。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、一酸化炭素検出駆動回数を計数する計数手段と、前記計数手段で計数した検出回数に応じて動作する前記電源電圧測定手段と、前記計数手段で所定の計数回数を計数した時に報知する計数報知手段とを有するガスセンサとしたことにより、所定の計数回数を計数した時、センサの寿命が尽きたと判定して報知を行なうものである。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、一酸化炭素検出駆動回数を計数する計数手段と、前記計数手段で計数した検出回数に応じて動作する電源電圧測定手段と、前記電源電圧測定手段での測定値が基準値を下回った時、報知する電源状態報知手段とを有するガスセンサとしたことにより、電源電圧が基準値を下回った時、センサの寿命が尽きたと判定して報知を行なうものである。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１、図２は本発明の実施例１におけるガスセンサを示すものである。
【００１９】
図１において、２０はＣＯ検出部、２１はＣＯ検出部２０を間欠加熱するヒータ、２２はパルス信号制御手段であり、信号制御手段としてのマイコン２３から出力されたパルス出力電圧は、オペアンプ２４の＋端子に入力され、出力端から固定抵抗２５とコンデンサ２６からなるフィルターを経由して、オペアンプ２７の＋端子の入力になる。ＰＮＰトランジスタ２８とＮＰＮトランジスタ２９および直流電源３０はヒータ２１への電力供給手段３１を構成している。
【００２０】
この構成において、電流は直流電源３０からＰＮＰトランジスタ２８のエミッタ−コレクタを流れ、ヒータ２１に流れ込む。電流の大きさはＰＮＰトランジスタ２８のベース電流によって決まる。ＰＮＰトランジスタ２８のべース電流はＮＰＮトランジスタ２９のベース電圧、すなわちオペアンプ２７の出力電圧で制御される。オペアンプ２７は−端子と＋端子が同電位になるように動作するので、ヒータ２１に流入する電流が決まり、発熱による抵抗値の変動が平衡状態に達し、ヒータ２１に印加される電圧が決定され、ヒータ２１の温度の平衡も達成され、ＣＯ検出部２０が加熱される。
【００２１】
温度が上昇すると、ヒータ２１の抵抗値が増加し、オペアンプ２７の−端子の電圧が増加する。＋端子との電圧差が小さくなるとＮＰＮトランジスタ２９のベース電流が絞られる。従ってＰＮＰトランジスタ２８のベース電流も絞られ、ヒータ２１に流入する電流も絞られ、平衡状態に達してパルス出力電圧に相当した電圧がヒータ２１に印加されることになる。そして、ヒータ２１の温度は一定値に制御される。一定温度に加熱されたＣＯ検出部２０は、ＣＯガスの濃度に応じた電圧を出力し、出力信号が信号処理部３２に入力される。マイコン２３内部では、信号処理部３２からの信号によってＣＯ濃度を判定する。また、直流電源３０の電圧を測定する電源電圧測定手段３３は、マイコン２３からの信号に応じて、直流電源３０の電圧を測定し、マイコン２３に通知する。３４はパルスの検出回数を計数する計数手段であり、パルスが出力されるたびに計数されるものであり、パルス信号制御手段２２を構成する。
【００２２】
図２はＣＯ検出部２０を示しており、４０はセンサ素子である。４１は耐熱性で低熱伝導性の基板で、ここでは約２ｍｍ×２ｍｍ×０．３ｍｍの石英ガラスを用いている。４２は白金のヒータで、スパッタ法、電子線蒸着法などによって所定の温度になるように抵抗値を設定している。４３は絶縁膜で、アルミナ、シリカ、窒化珪素などの絶縁材料の薄膜をスパッタ法、電子線蒸着法などによってヒータ２１を覆うように形成している。４４は絶縁膜４３上に絶縁膜４３より小さな面積に形成された固体電解質膜であり、酸素イオン導電性を有する固体電解質（８％イットリア安定化ジルコニア）をスパッタ法で約０．４ｍｍ×０．６ｍｍの大きさに形成している。固体電解質としては、酸素イオン導電性を有するすべての固体電解質を使用することができるが、ジルコニアに少量のイットリアを混合して焼成したイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）が比較的安価で入手も簡単である。４５ａ、４５ｂは電極で、白金をスパッタ法で固体電解質膜４４上に形成している。白金に一部パラジウム、ルテニウム、ロジウムなどの貴金属を混入させても良い。その他、一般に固体電解質型センサに用いる電極材料すべてが使用可能である。４６は片方の電極４５ａ上に設定された触媒で、この触媒４６は測定対象ガスを酸化分解するものであれば良いが、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウムなどの貴金属やバナジウム、マンガン等の酸化物あるいはこれらの混合物をアルミナなどに担持したものをスクリーン印刷法で形成する。
【００２３】
以上の構成において、電源（図示せず）からヒータ２１に電力を供給し、固体電解質膜４４を所定温度（４００℃〜５００℃）に加熱する。固体電解質膜４４が所定の温度に達すると、電極４５ａ、４５ｂと固体電解質膜４４と空気の界面で電子の授受が行われ、酸素イオンが発生する。ここで、空気中にＣＯが存在すると、触媒４６で覆われた電極４５ａでは、ＣＯは触媒４６によって酸化され、電極４５ａ面にまでは到達しない。もう一方の電極４５ｂでは、ＣＯは電極面に到達し、酸化されＣＯ２になる。この酸化反応には固体電解質膜４４内の酸素イオンが使われ、その結果、両電極４５ａ、４５ｂでの電極反応に差が生じ、固体電解質膜４４内の酸素イオンの平衡が崩れ、両電極４５ａ、４５ｂ間に電位差が発生する。この電位差を検出することにより、ＣＯ濃度を検出することができる。
【００２４】
基板４１に用いている石英ガラスは、熱伝導率が１．５Ｗ／ｍＫと絶縁膜４３（３５〜４５Ｗ／ｍＫ）や固体電解質膜４４（６Ｗ／ｍＫ）に対して小さく、したがってヒータ２１で加熱した場合に、基板４１の温度はほとんど上昇することなく、ヒータ２１直上の固体電解質膜４４の領域およびその近傍のみの温度を上昇させることができ、加熱のための消費電力も大幅に低減することができる。また、熱衝撃強度も大きいので短時間で所定の温度まで昇温することが可能である。上記構成では１５ｍＷｓｅｃの電力量で４５０℃までの昇温が可能であった。したがって、ヒータ２１をパルス的に駆動させて大幅に消費電力が低減できるため、電池電源での駆動も可能である。
【００２５】
上記の構成により、一酸化炭素の検出を間欠的に行ない、低濃度の一酸化炭素を検出して、検出精度よく行なわねばならない時には検出間隔を短くして、検出頻度を上げる。またパルスの検出回数が一定値に達したことを計数手段３４からの信号で通知された時は、マイコン２３は電源電圧測定手段３３に信号を送り、直流電源３０の電圧を測定する。このような動作によって直流電源３０、すなわち電池の電圧を一定時間毎に測定して、ガスセンサの安定的な動作を保証すると共に、間隔をあけて電圧を測定することによって、測定による電池の消耗も低減することができ、省電力化と信頼性の向上がはかれる。
【００２６】
（実施例２）
図３は本発明の実施例２におけるガスセンサを示すものである。実施例１と同一要素については同一符号を付して説明を省略する。
【００２７】
本実施例においては、直流電源３０の投入時に接点が押され計数手段３４の記憶を初期化する計数初期化手段３５を有している。
【００２８】
この構成では、計数初期化手段３５の存在により、パルスの検出回数の計数を初期値から開始することができ、確実なパルス検出回数を把握することが可能となる。具体的な構成としては、電池を入れる電池ボックスの内部にスイッチを設置し、電池を挿入すると接点が押し込まれ、パルスの検出回数の初期化を実現する。
【００２９】
（実施例３）
図４は本発明の実施例３におけるガスセンサの電源電圧測定信号のタイミングを示したものである。
【００３０】
実施例１におけるマイコン２３から電源電圧測定手段３３に電源電圧測定信号がパルスの検出回数に応じて出力される。その出力される間隔は時間経過と共に、短く（狭く）なるように決めている。すなわち、計数手段３４での検出回数の基準を複数設け、基準値間の間隔を時間経過と共に短くなるように設定し、基準値を越えた時に電源電圧測定手段３３を動作させる。このようにすることによって、比較的電圧低下の可能性の少ない電源投入の初期は測定の回数を少なくして電力の損耗を防止し、時間が経過して電圧低下の可能性が高くなれば、測定の間隔を短くして電圧測定の頻度を上げ、センサの機能が正常に動作することを確実にしている。
【００３１】
（実施例４）
図５は本発明の実施例４におけるガスセンサを示すものである。実施例１と同一要素については同一符号を付して説明を省略する。
【００３２】
本実施例において、３６はカレンダー機能を有する時間管理用ＩＣであるリアルタイムコントローラ（時間計測手段）であり、予め決められた日時にマイコン２３に信号を送信し、マイコン２３から電源電圧測定手段３３に電源電圧測定信号が出力され、電源電圧が測定される。マイコン２３はリアルタイムコントローラ３６からの信号割込みを受けて測定を行なうだけで良いので、プログラムに対する負担も少なく、確実に、電源電圧の監視を行なうことができる。
【００３３】
（実施例５）
図６は本発明の実施例５におけるガスセンサを示すものである。実施例１と同一要素については同一符号を付して説明を省略する。
【００３４】
本実施例において、計数手段３４が予め設定されていた最大値を超えた計数した時、マイコン２３に最大時間が過ぎたことを通知する。マイコン２３は、そのことから電源の寿命がまもなく尽きると判断して、計数報知手段３７へ報知信号を送信する。計測報知手段３７からの報知により電源、ＣＯ検出部２０の交換を行なうか、機器の交換を行なうことになる。
【００３５】
（実施例６）
図７は本発明の実施例６におけるガスセンサを示すものである。実施例１と同一要素については同一符号を付して説明を省略する。
【００３６】
本実施例において、計数手段３４に予め設定されていた電源電圧測定の基準値にしたがってマイコン２３は、電源電圧測定手段３３に電圧測定信号を送信し、電源電圧を測定する。測定した結果、電圧が基準値を下回った時、マイコン２３は電源状態報知手段３８に報知信号を送って、電源の交換を促し、電源の入れ替えを行なうことになる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明のガスセンサは、一酸化炭素検出駆動回数を計数手段で計数し、計数した検出回数に応じて電源電圧測定手段を動作させ、一酸化炭素検出のパルス間隔を設定するもので、パルス駆動動作を行なう毎に電源電圧を検出することなく、しかも計数に応じてある間隔で電源電圧を検出することができるので、電源電圧の測定に伴う電力の消耗を小さくし、省電力化と信頼性の向上がはかれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるガスセンサのブロック図
【図２】同ガスセンサのＣＯ検出部を示す分解斜視図
【図３】本発明の実施例２におけるガスセンサのブロック図
【図４】本発明の実施例３におけるガスセンサの電源電圧測定信号のタイミングチャート
【図５】本発明の実施例４におけるガスセンサのブロック図
【図６】本発明の実施例５におけるガスセンサのブロック図
【図７】本発明の実施例６におけるガスセンサのブロック図
【図８】従来のガスセンサ検知部の構成を示す斜視図
【図９】同ガスセンサ検知部におけるヒータ駆動を示す特性図
【符号の説明】
２０  ＣＯ検出部
２１  ヒータ
２２  パルス信号制御手段
２３  マイコン
３０  直流電源
３２  信号処理部
３３  電源電圧測定手段
３４  計数手段
３５  計数初期化手段
３６  リアルタイムコントローラ（時間計測手段）
３７  計数報知手段
３８  電源状態報知手段
【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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