(57)【要約】【課題】加熱用ヒータに与えるストレスを少なくしながら最適な温度に早く昇温させ省電力化と加熱用ヒータの長寿命化を実現する。【解決手段】一酸化炭素検出素子５と同一平面上に形成された加熱用ヒータ４を有する一酸化炭素センサユニット１、前記加熱用ヒータ４への印加電圧値を監視しあらかじめ決められた値になるように電圧値を制御しながら通電するヒータ駆動部２、このヒータ駆動部２に前記加熱用ヒータ４への印加電圧波形を指示する波形調整部７と、前記一酸化炭素検出素子５の出力信号を増幅する増幅部３を有し、前記ヒータ駆動部２は間欠的に一酸化炭素検出素子５を加熱する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状に形成され加熱によって一酸化炭素を検出する一酸化炭素検出素子とこの一酸化炭素検出素子と同一平面上に形成された加熱用ヒータを有する一酸化炭素センサユニット、前記加熱用ヒータへの印加電圧値を監視しあらかじめ決められた値になるように電圧値を制御しながら通電するヒータ駆動部、このヒータ駆動部に前記加熱用ヒータへの印加電圧波形を指示する波形調整部と、前記一酸化炭素検出素子の出力信号を増幅する増幅部を有し、前記ヒータ駆動部は間欠的に一酸化炭素検出素子を加熱するガス検知装置。
【請求項２】
波形調整部はマイクロコンピュータから出されるパルス信号を波形整形して加熱用ヒータへの印加電圧波形を決める請求項１記載のガス検知装置。
【請求項３】
波形調整部はマイクロコンピュータから出されるパルス信号をローパスフィルタを通すことで波形整形し、加熱用ヒータへの印加電圧波形を決める請求項１記載のガス検知装置。
【請求項４】
波形調整部はマイクロコンピュータから出されるアナログ信号をもとに加熱用ヒータへの印加電圧波形を決める請求項１記載のガス検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は加熱用ヒータによって一酸化炭素検出素子を間欠的に加熱することで省電力化を図り、電池駆動が可能で間欠的に一酸化炭素を検出する動作を行うガス検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のガス検知装置は加熱用ヒータに連続的に通電することで検知素子を定常的に加熱し、常時対象ガスの濃度を測定するものがあった。また、省電力化を図るために加熱用ヒータに間欠的に通電するものもあったが定電圧を加熱用ヒータに印加するものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のガス検知装置は加熱用ヒータに連続的に通電したり、あるいは間欠的に通電するものであっても通電時間が長いために加熱用ヒータと一酸化炭素検知素子を加熱する以外に周囲にも放熱され電力が無駄に消費されるものであった。
【０００４】
また、印加開始直後は加熱用ヒータの温度が上昇していないため加熱用ヒータの抵抗値が低く、流れる電流は昇温後の倍以上であり電圧印加時に大きな突入電流が流れ加熱用ヒータにストレスを与えるものであった。さらに、昇温を早くするほど放熱が始まる前に適温に加熱でき省電力化ができるが、このためには加熱用ヒータに印加する電圧を高くする必要がありさらに大きな突入電流を生じた。
このような突入電流によるストレスが大きい場合、加熱用ヒータの寿命が短くなるという課題があった。
【０００５】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、間欠的に加熱用ヒータに通電を行い、加熱用ヒータに印加する電圧波形を最適な波形に波形整形し、加熱用ヒータに与えるストレスを少なくしながら最適な温度に早く昇温させることで省電力化と加熱用ヒータの長寿命化を実現するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、加熱によって一酸化炭素を検出する一酸化炭素検出素子と加熱用ヒータを有する一酸化炭素センサユニットと、前記加熱用ヒータへの印加電圧値を監視しあらかじめ決められた値になるように電圧値を制御しながら通電するヒータ駆動部と、このヒータ駆動部に前記加熱用ヒータへの印加電圧波形を指示する波形調整部と、前記一酸化炭素検出素子の出力信号を増幅する増幅部を有し、前記ヒータ駆動部は間欠的に一酸化炭素検出素子を加熱する構成としたものである。
【０００７】
このため、間欠的に加熱用ヒータに通電を行い、加熱用ヒータに印加する電圧値を最適に制御でき、加熱用ヒータをストレスを少なくしながら最適な温度に早く昇温させることができるものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
上記の課題を解決するために請求項１の発明は、平面状に形成され加熱によって一酸化炭素を検出する一酸化炭素検出素子とこの一酸化炭素検出素子と同一平面上に形成された加熱用ヒータを有する一酸化炭素センサユニット、前記加熱用ヒータへの印加電圧値を監視しあらかじめ決められた値になるように電圧値を制御しながら通電するヒータ駆動部、このヒータ駆動部に前記加熱用ヒータへの印加電圧波形を指示する波形調整部と、前記一酸化炭素検出素子の出力信号を増幅する増幅部を有し、前記ヒータ駆動部は間欠的に一酸化炭素検出素子を加熱するものである。
【０００９】
このため、加熱開始直後の加熱用ヒータへの突入電流を抑制でき、ストレスを少なくしながら最適な温度に早く昇温させるためのヒータ印加電圧を作ることができる。
【００１０】
また請求項２の発明は、請求項１に記載のガス検知装置において、波形調整部がマイクロコンピュータから出されるパルス信号を波形整形して加熱用ヒータへの印加電圧波形を決めるものである。
【００１１】
このため、加熱開始直後の加熱用ヒータへの突入電流を抑制し、ストレスを少なくしながら最適な温度に早く昇温させるためのヒータ印加電圧を設定することができる。
【００１２】
また請求項３の発明は、請求項１に記載のガス検知装置において、波形調整部がマイクロコンピュータから出されるパルス信号をローパスフィルタを通すことで波形整形し、加熱用ヒータへの印加電圧波形を決めるものである。
【００１３】
このため、加熱開始直後の加熱用ヒータへの突入電流を抑制するため、立ち上がり特性が鈍った波形を作ることができ、ヒータへのストレスの少ないヒータ印加電圧を作ることができる。
【００１４】
また請求項４の発明は、請求項１に記載のガス検知装置において、波形調整部がマイクロコンピュータから出されるアナログ信号をもとに加熱用ヒータへの印加電圧波形を決めるものである。
【００１５】
このため、加熱開始直後の加熱用ヒータへの突入電流を抑制し、ヒータへのストレスを少なくするための最適な印加電圧波形をマイクロコンピュータで自由に設定することができる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図１から図４を参照して説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施例のガス検知装置の構成図である。図１において１は、一酸化炭素センサユニットであり加熱用ヒータ４と一酸化炭素検出素子５が入っている。２はヒータ駆動部であり加熱用ヒータ４に間欠的に電力を供給するものである。ヒータ駆動部２において、６はトランジスタであり、直流電源９と加熱用ヒータ４との間に挿入されこのトランジスタ６の導通状態により加熱用ヒータ４に流れる電流値が制御されるように構成されている。
【００１８】
７は波形調整部でありヒータへの通電を開始するタイミングになるとマイクロコンピュータ１１のパルス出力端子１１ａから正極性のパルスが出され、このパルス信号を波形整形する。この波形調整部の出力は差動増幅器８の負入力８ａに接続されている。一方差動増幅器８の正入力８ｂは加熱用ヒータ４の電圧印加側４ａに接続されている。
【００１９】
差動増幅器８は負入力８ａと正入力８ｂが常に同じ電圧になるような電圧を出力する。このため、例えば負入力８ａの電圧が正入力８ｂの電圧よりも高い場合、すなわち、調整しようとするヒータ印加電圧値よりも実際に加熱用ヒータ４に印加されている電圧の方が低いときは差動増幅器８の出力は現在よりも少し低めの電圧になる。差動増幅器８の出力電圧が少し低くなると抵抗１０を介してトランジスタ６のベース電流がやや増える。従って、トランジスタ６のコレクタ電流が増え、加熱用ヒータ４に印加される電圧が増加する。
【００２０】
また、逆に負入力８ａの電圧が正入力８ｂの電圧よりも低い場合は全く逆の動作となり、常に調整しようとする電圧に等しくなるようにヒータ印加電圧が制御される。
【００２１】
３はセンサ信号を増幅する増幅部であり、一酸化炭素検出素子の出力信号電圧を増幅する。
【００２２】
この増幅部３の出力信号はマイクロコンピュータ１１のＡＤ変換入力端子１１ｂに接続されている。
【００２３】
図２は本発明の実施例における一酸化炭素検出素子の構成図である。図２において１５は石英ガラス基板であり、約２ｍｍ×２ｍｍの小さな外形である。４は白金の蒸着パターンで描かれた加熱用ヒータであり、この加熱用ヒータ４の真上には一酸化炭素検出素子５が乗せられている。４ａおよび４ｂは加熱用ヒータ４の給電用電極であり、ここにワイヤがボンディング接続されリード１８および１９に接続されている。５ａおよび５ｂは一酸化炭素検出素子５の信号取り出し電極であり、ここにも同様にワイヤがボンディング接続されリード２０および２１に接続されている。２２は石英ガラス基板１５およびリード１８〜２１を支えるセンサベースであり樹脂で構成されている。
【００２４】
本実施例の加熱用ヒータ４の抵抗値は室温で６オームから１５オームである。
また、一酸化炭素検出素子の昇温は約４５０℃を目指しており、白金で加熱用ヒータ４を構成しているため４５０℃時の加熱用ヒータ４の抵抗値は約２．２倍の１３オームから３３オームになる。
【００２５】
次に動作について説明する。図３は本発明の実施例におけるガス検知装置の動作説明図である。図３において（ａ）はマイクロコンピュータ１１が出力するパルス信号であり、３０秒に１回、１０ミリ秒のパルス幅の信号を出力する。
【００２６】
図３（ｂ）は波形調整部７が出力する信号である。波形調整部７は図４に示すように抵抗とコンデンサの積分回路が３段で構成された３次のローパスフィルタである。このため、マイクロコンピュータ１１が出力した図３（ａ）に示すパルス信号は図３（ｂ）に示すような鈍った波形にすることができる。
【００２７】
図３（ｃ）は加熱用ヒータ４に印加される電圧波形であり、先に説明したとおり、差動増幅器８の働きにより、波形調整部７が出力する波形通りの電圧が印可されている。また、波形調整部７の出力は、加熱用ヒータ４に実際に印加する電圧値と全く同じ値である必要は無く、実際に必要な加熱用ヒータへの印加電圧波形と相似形であれば良い。電圧値の違いは、図１の抵抗３０及び抵抗３１のように抵抗で分圧したものを差動増幅器に入力することで対応できる。
【００２８】
図３（ｄ）は加熱用ヒータ４に流れる電流波形を示している。電圧印加開始直後に大きな突入電流は流れていない。
【００２９】
図３（ｅ）は一酸化炭素検出素子の出力信号波形である。パルス印加直後はまだ、一酸化炭素検出素子の温度が上昇していないため、出力インピーダンスが高く出力信号は不定である。しかし、パルス印加ｔ秒後には一酸化炭素検出素子の温度は十分上昇しており、出力インピーダンスも低下し安定な出力信号電圧Ｖｘを出力している。一酸化炭素の濃度が上昇すると加熱用ヒータ４を昇温後の一酸化炭素検出素子の出力信号電圧Ｖｘは一酸化炭素がないときよりも高くなるため、その電圧値により一酸化炭素の濃度を検出することができる。
【００３０】
このように、間欠的に加熱用ヒータに通電を行うものであっても、加熱用ヒータに印加する電圧波形を波形調整部で自由に調整でき、急に高い電圧を印加して大きな突入電流を流すことなく、加熱用ヒータへのストレスを最小限に抑え最適な電圧波形で昇温できるものである。
【００３１】
また、マイクロコンピュータがヒータ駆動のためのパルスを出すものであっても、波形調整部でローパスフィルタを構成しておけば加熱用ヒータへの印加電圧波形を簡単に鈍らせることができ、大きな突入電流を流すことなく、加熱用ヒータへのストレスを最小限に抑え最適な電圧波形で昇温できるものである。
【００３２】
さらに、マイクロコンピュータがＤＡ変換機能を有するか、または、マイクロコンピュータの外部にＤＡ変換機能を構成しておけば、所望のヒータ電圧波形をプログラムで構成でき、大きな突入電流を流すことなく、加熱用ヒータへのストレスを最小限に抑え最適な電圧波形で昇温できる。
【００３３】
【発明の効果】
間欠的に加熱用ヒータに通電を行い、加熱用ヒータに流す電流値と印加する電圧値から加熱用ヒータの抵抗値を算出し、常温での抵抗値と比較することで加熱用ヒータの温度を把握でき、また、把握した温度により加熱用ヒータに供給する電力を制御し、加熱用ヒータに与えるストレスを少なくしながら最適な温度に早く昇温させることで省電力化と加熱用ヒータの長寿命化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のガス検知装置の構成図
【図２】本発明の実施例のガス検知装置の一酸化炭素センサユニットの構成図
【図３】本発明の実施例のガス検知装置の加熱用ヒータ駆動波形説明図
【図４】本発明の実施例の波形調整部の内部回路図
【符号の説明】
１　一酸化炭素センサユニット
２　ヒータ駆動部
３　増幅部
４　加熱用ヒータ
５　一酸化炭素検出素子
６　トランジスタ
７　波形調整部
８　差動増幅器
９　直流電源
１１　マイクロコンピュータ
１２　差動増幅部
１５　石英ガラス基板
１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ　ボンディングワイヤ
１８，１９，２０，２１　リード
２２　センサベース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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