(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検知ガスを含む検知対象ガスの被検知ガス濃度に対応するガス検知出力を求める半導体式ガス検知素子を備えた半導体式検知装置の出力算出方法であって、
前記半導体式ガス検知素子が被検知ガスを含む検知対象ガスと接触したときの抵抗値変化に基づくガス検知出力を絶対出力とし、
前記半導体式ガス検知素子が清浄空気と接触したときの抵抗値と、前記被検知ガスを含む検知対象ガスと接触したときの抵抗値との差に基づくガス検知出力を相対出力としたとき、
前記絶対出力の第一所定割合と、前記相対出力の第二所定割合とを加算した値を被検知ガスに対する被検知ガス濃度出力とする半導体式検知装置の出力算出方法。
【請求項２】
前記絶対出力と前記相対出力との平均値を求め、被検知ガス濃度出力とする請求項１に記載の半導体式検知装置の出力算出方法。
【請求項３】
検知対象とする前記被検知ガス濃度を１２０００ｐｐｍ以上とする時、前記第一所定割合を前記第二所定割合よりも大に設定し、検知対象とする前記被検知ガス濃度を６０００ｐｐｍ以下とする時、前記第一所定割合を前記第二所定割合よりも小に設定してある請求項１に記載の半導体式検知装置の出力算出方法。
【請求項４】
被検知ガスを含む検知対象ガスの被検知ガス濃度に対応するガス検知出力を求める半導体式ガス検知素子を備えた半導体式検知装置であって、
前記半導体式ガス検知素子が被検知ガスを含む検知対象ガスと接触したときの抵抗値変化に基づくガス検知出力を絶対出力とし、
前記半導体式ガス検知素子が清浄空気と接触したときの抵抗値と、前記被検知ガスを含む検知対象ガスと接触したときの抵抗値との差に基づくガス検知出力を相対出力としたとき、
基準湿度環境における、被検知ガスの前記絶対出力の第一所定割合と、前記相対出力の第二所定割合とを加算した基準出力値の被検知ガス濃度依存性を示す基準出力テーブルを記憶する記憶部を備え、
検知対象ガスに対する絶対出力及び相対出力を求めるガス検知部を備え、
その絶対出力と相対出力とに基づいて前記基準出力テーブルを参照し、被検知ガス濃度出力を求める演算部を備えた半導体式検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
半導体式ガス検知素子は、一般に、前記半導体式ガス検知素子を構成する半導体と、被検知ガスとの反応によりその半導体式ガス検知素子の抵抗値が変化する特性を利用する事により、その検知対象ガス中の被検知ガスの濃度を求めることができることが知られている。
本発明は、ガス警報器、ガス検知器、その他、半導体式ガス検知素子を用いた測定技術に関し、被検知ガスを含む検知対象ガスの被検知ガス濃度に対応するガス検知出力を求める半導体式ガス検知素子を備えた半導体式検知装置及びその出力算出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体式検知装置が出力する被検知ガスの濃度に基づく被検知ガス濃度出力としては、いわゆる絶対出力あるいは相対出力が採用されている。
ここで、絶対出力とは、前記半導体式ガス検知素子が被検知ガスを含む検知対象ガスと接触したときの抵抗値変化に基づくガス検知出力を指し、
相対出力とは、前記半導体式ガス検知素子が清浄空気と接触したときの抵抗値と、前記被検知ガスを含む検知対象ガスと接触したときの抵抗値との差に基づくガス検知出力を指し、
半導体式検知装置は、これらいずれかのガス検知出力の濃度依存性を、基準出力テーブルとして記憶し、得られた被検知ガス濃度出力を呈する被検知ガス濃度を、前記基準出力テーブルを参照して求める構成としていた。
【０００３】
前記半導体と被検知ガスとの反応性は雰囲気の温度や湿度の影響を受けて変動し、そのために、得られるガス検知出力も変動するため、所定濃度の被検知ガスを検知した出力が初期に設定される所定値に達せずに被検知ガスの濃度が低いと誤認してガス警報器が警報を発することができなかったり、逆に、被検知ガスの濃度を求めた場合に、ガス検知器が被検知ガスの濃度出力を必要以上に高く求めてしまい、被検知ガスが不足しているにもかかわらず、十分な濃度が確保されているものと誤認したりする虞があることが指摘されている。
そこで、この種の半導体式検知装置は、温度測定器を設けるなどして温度情報を得るとともに、その温度情報に基づいて被検知ガスのガス検知出力を補正することが行われている。この場合、前記ガス検知装置は、温度情報に対応する出力補正係数を記憶する記憶部を備え、その出力補正係数を得られたガス検知出力に乗ずる出力補正を行うことにより、より正確に被検知ガス濃度に対応する被検知ガス検知出力を求めることができるものとされていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年、上述の出力変動要因が絶対湿度に依存するものであることが見いだされるにつれ、上述の温度測定器を用いた従来の半導体式検知器の出力補正方法によっては、十分に被検知ガス濃度出力を正確に得るにも限界があることが明らかになってきている。つまり、雰囲気温度と湿度との間には相関関係があるものの、季節変動のように、きわめて長期にわたる大幅な気温の変動や、降雨等による急激な湿度変化が起きた場合には、その相関からはずれた出力が得られることが避け得ない実状があった。
【０００５】
また、ガス検知装置に湿度測定器を設けることも考えられるが、ガス検知装置自体が複雑化する上に、それに伴い、管理が困難になるとともに、装置全体としても高価なものになってしまう。
【０００６】
さらに、根本的に絶対湿度を測定する湿度測定器として、簡単な構成で正確なものは実用化されておらず、従来より用いられている温度測定器に替えてより正確に被検知ガス検知出力を補正できる方法及び装置が求められている。
【０００７】
従って、本発明の目的は、上記実状に鑑み、出力が湿度に依存しにくく、正確な濃度情報を得ることができ、簡単な構成の半導体式検知装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、絶対出力は湿度が高くなるほど上昇する傾向があり、相対出力は湿度が高くなるほど減少する傾向があることを経験的に見いだし、本発明に想到した。
この目的を達成するための本発明の半導体式検知装置の出力算出方法の特徴構成は、
被検知ガスを含む検知対象ガスの被検知ガス濃度に対応するガス検知出力を求める半導体式ガス検知素子を備えた半導体式検知装置に対する絶対出力の第一所定割合と、相対出力の第二所定割合とを加算した値を被検知ガス濃度出力とする点にある。
尚、具体的には、前記絶対出力と前記相対出力との平均値を求め、被検知ガス濃度出力としてもよい。
また、検知対象とする前記被検知ガス濃度を１２０００ｐｐｍ以上とする時、前記第一所定割合を前記第二所定割合よりも大に設定し、検知対象とする前記被検知ガス濃度を６０００ｐｐｍ以下とする時、前記第一所定割合を前記第二所定割合よりも小に設定してもよい。
【０００９】
また、この目的を達成するための本発明の半導体式検知装置の出力算出方法の特徴構成は、
被検知ガスを含む検知対象ガスの被検知ガス濃度に対応するガス検知出力を求める半導体式ガス検知素子を備え、
基準湿度環境における、被検知ガスの前記絶対出力の第一所定割合と、前記相対出力の第二所定割合とを加算した基準出力値の被検知ガス濃度依存性を示す基準出力テーブルを記憶する記憶部を備え、
検知対象ガスに対する絶対出力及び相対出力を求めるガス検知部を備え、
その絶対出力と相対出力とに基づいて前記基準出力テーブルを参照し、被検知ガス濃度出力を求める演算部を備えた点にある。
【００１０】
〔作用効果〕
つまり、被検知ガスを含む検知対象ガスの被検知ガス濃度に対応するガス検知出力を求める半導体式ガス検知素子を備えていると、検知対象ガス中に含まれる被検知ガスの濃度に基づいた被検知ガス濃度出力を知ることができ、その出力に応じて被検知ガスとしての燃料ガスの漏洩を検知することができたり、被検知ガスとしての半導体原料ガスの濃度管理をしたりすることができる。
このとき、被検知ガス濃度出力として、半導体式検知装置に対する絶対出力の第一所定割合と、相対出力の第二所定割合とを加算した値を被検知ガス濃度出力とすると、この被検知ガス濃度出力は、絶対出力の湿度依存性と相対出力の湿度依存性とをともに加味した出力特性を有することになる。
ここで、先述のように、本発明者らは、絶対出力は湿度が高くなるほど上昇する傾向があり、相対出力は湿度が高くなるほど減少する傾向があることを見いだしており、これに従えば、前記絶対出力の湿度依存性と、相対出力の湿度依存性とは、逆に指向するものであるから、前記第一所定割合と第二所定割合との割合（以下、「重み付け」と称する。）の大きいほうの出力を重み付けの小さいほうの出力で補正したことになり、湿度依存性の傾向を互いに相殺させられる。
【００１１】
具体的には、前記絶対出力と前記相対出力との平均値を求め、被検知ガス濃度出力とした場合には、両者の重み付けは等しく、例えば、ガス警報器で、メタンの警報濃度（５０００ｐｐｍ〜１２５００ｐｐｍ）近傍に於いて湿度依存性のきわめて少ない被検知ガス濃度出力とすることができるので、湿度によらず正確に警報音を鳴動させられるガス警報器を提供することができる。
【００１２】
また、さらに、絶対出力は、被検知ガス濃度が１２０００ｐｐｍ以上の高濃度領域で湿度依存性が少なく、相対出力は、被検知ガス濃度が６０００ｐｐｍ以下低濃度領域で湿度依存性が少なくなることが、後述の実験例より明らかになっており、前記被検知ガス濃度が１２０００ｐｐｍ以上の時、前記第一所定割合を前記第二所定割合よりも大に設定し、前記被検知ガス濃度が６０００ｐｐｍ以下の時、前記第一所定割合を前記第二所定割合よりも小に設定してあれば、湿度依存性の少ない出力の重み付けを大にしてその出力の湿度依存性を他方で補正することになるので、さらに、湿度依存性を相殺させた被検知ガス濃度出力とすることができる。
【００１３】
また、本発明の半導体式検知装置は、半導体式ガス検知素子を備えて被検知ガスを含む検知対象ガスの被検知ガス濃度に対応するガス検知出力を求められる。
また、基準湿度環境における、被検知ガスの前記絶対出力の第一所定割合と、前記相対出力の第二所定割合とを加算した基準出力値の被検知ガス濃度依存性を示す基準出力テーブルを記憶する記憶部を備えると、
ガス検知部において、前記ガス検知出力から、検知対象ガスに対する絶対出力及び相対出力を求めることができ、
その絶対出力と相対出力とに基づいて前記基準出力テーブルを参照することができる。すると、演算部において被検知ガス濃度出力を求めることができる。
従って、求められる被検知ガス濃度出力は、相対出力や、絶対出力ではなく、より、湿度依存性の少ない基準出力テーブルに基づきガス検知出力を評価できるものとなるので、ガス警報器の警報音を的確に鳴動させたり、ガス検知器により正確なガス濃度を知ることができるようになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の半導体式検知装置の一例としてのガス警報器は、図１に示すように、被検知ガスを含む検知対象ガスの被検知ガス濃度に対応するガス検知出力を求める半導体式ガス検知素子１を備え、
基準湿度環境として、絶対湿度３０．６ｇ／ｍ3（気温２０℃、相対湿度６５％）における、被検知ガスの絶対出力の１／２と、相対出力の１／２とを加算した基準出力値の被検知ガス濃度依存性を示す基準出力テーブルを記憶する記憶部２を備え、
検知対象ガスに対する絶対出力及び相対出力を求めるガス検知部３を備え、
その絶対出力と相対出力とに基づいて前記基準出力テーブルを参照し、被検知ガス濃度出力を求める演算部４を備え、
前記基準出力テーブルに基づき前記被検知ガス濃度出力が、警報を要する濃度の被検知ガスを含む検知対象ガスに対する出力を超えていると判断された場合に、警報音を発する報知部５を備え、前記演算部４が前記報知部５に警報出力を伝達可能に構成してある。
【００１５】
前記半導体式ガス検知素子１としては、例えば、図２に示すように、貴金属線１１を覆って金属酸化物半導体を主成分とする球状の感応層１２を備えてなる熱線型半導体式の炭化水素ガス検知素子が用いられる。また、前記ガス検知素子には、炭化水素ガス以外の夾雑ガスを選択的に吸着除去するガスフィルタ（図外）を装着して用いる。以下炭化水素ガス検知素子について述べる。
【００１６】
〈炭化水素ガス検知素子〉
塩化スズの所定濃度水溶液を、前記水溶液中のスズに対してアンチモンが０．1ａｔｍ％含まれるように添加し、この水溶液にアンモニアを添加して水酸化スズを沈殿させた後、この沈殿物を濾別し、８０℃で２４時間乾燥させた後、電気炉で６００℃で４時間焼成した。こうして得られた酸化スズをさらに粉砕して、平均粒径１．５μｍ程度の微粉体を形成した。この微粉体を１，３−ブタンジオールを用いてペーストにして、図２に示すように、白金線コイル１１（線径３０μｍ、巻き径０．４５ｍｍ、巻き間隔０．０３ｍｍ）に直径５〜７ｍｍの球形で、前記白金線コイル１１の全体を覆うように塗布する。これをさらに８０℃で１時間乾燥させた後、前記白金線コイル１１に電流を流し、そのジュール熱で６００℃で１時間焼成させて感応層１２とし、熱線型半導体式ガス検知素子１を得ることができる。
【００１７】
この炭化水素ガス検知素子１は、例えば、図１に示すようにブリッジ回路に組み込む事により出力を得られる半導体式検知装置とする。
【００１８】
【実施例】
以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１９】
上述の炭化水素ガス検知素子１を用いて、種々の湿度条件におけるガス検知出力の濃度依存性を調べたところ、図３のようになった。また、図３より、５０００ｐｐｍと、１２５００ｐｐｍにおける出力の絶対湿度依存性は、図４、図５のようになる。
【００２０】
図３より、絶対出力の濃度依存性は高濃度域ほど絶対湿度依存性が少なく、相対出力の濃度依存性は低濃度域ほど絶対湿度依存性が少なくなっており、かつ、逆に、いずれの場合も５０００〜１２５００ｐｐｍ近傍の濃度に対応する出力値から濃度を求める場合、大きな測定誤差が生じることが読みとれる。（例えば、基準湿度環境下における５０００ｐｐｍ相当の絶対出力を基に、ガス濃度を求めると、出力１１０ｍＶの場合、湿度変動により、ガス濃度換算値が４２００〜５７００ｐｐｍまでばらつくことになり、同様に相対出力により１８０ｍＶの出力をガス濃度に変換すると、４７００〜５６００ｐｐｍのばらつきになる。）
これに対して、本発明の半導体式検知装置の出力算出方法に基づき、前記絶対出力と、前記相対出力との平均値を被検知ガス濃度出力とした場合、すべての濃度域で絶対湿度依存性が少なく、５０００〜１２５００ｐｐｍの、一般にメタンガス等の燃料ガスの漏洩等に対する警報濃度域において、出力値から濃度を求める場合にも少ない誤差で濃度値が求められることが分かる。（例えば、基準湿度環境下における５０００ｐｐｍ相当の絶対出力を基に、ガス濃度を求めると、出力１４５ｍＶの場合、湿度変動により、ガス濃度換算値が４８００〜５２００ｐｐｍまでしかばらつかず、誤差の少ないガス検知が可能になっていることが分かる。）
【００２１】
〔別実施形態〕
以下に別実施形態を説明する。
上述の実施の形態では、基準出力テーブルとして絶対湿度３０ｇ／ｍ3における絶対出力と相対出力との平均値の被検知ガス濃度依存性を示すグラフを用いたが、これに限らず、ガス検知装置の一般的な使用条件の湿度環境を基準とすることで、ばらつきの少ない測定が可能となる。また、絶対出力と相対出力との平均値を被検知ガス濃度出力とするのに代え、絶対出力２：相対出力１の加重平均を取り、被検知ガス濃度出力とするなど、ガス検知素子と、被検知ガスの種類の組み合わせに応じて重み付けを変えても良い。また、一つのガス検知素子によるある特定の被検知ガス濃度測定を行う場合であっても、例えば、被検知ガスの濃度域によって、絶対出力と相対出力との重み付けを変更しても良い。
【００２２】
また、半導体式検知装置としては被検知ガスの濃度レベルを知るための警報器に限るものではなく、被検知ガス濃度を知るための測定器であってもよい。この場合、前記報知部に被検知ガス濃度出力を被検知ガス濃度に換算して表示させるディスプレーパネルや、被検知ガス濃度を指針する濃度メーターなどの表示部を設けて構成することができる。
【００２３】
例えば、先述の炭化水素ガス検知ガス検知素子を用いてによるメタンガス濃度を測定ガス検知器を構成する場合、低濃度領域では、相対出力の重み付けを高くし、高濃度領域では絶対出力の重み付けを高くすることにより、各濃度領域で湿度依存性の少ない出力を基に被検知ガス濃度出力を得ることができるようになるので、より一層湿度依存性の少ない被検知ガス濃度出力を得ることができ、温度測定器などによる事無く、正確にガス濃度を知ることができる。具体的には、６０００ｐｐｍ以下では絶対出力１：相対出力２の重み付けで被検知ガス濃度出力を得る一方、１２０００ｐｐｍ以上では絶対出力２：相対出力１の重み付けで被検知ガス濃度出力を得るようにすると、さらに湿度依存性の少ない被検知ガス濃度測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス警報器の概略図
【図２】ガス検知素子の概略図
【図３】出力の被検知ガス濃度依存性を示すグラフ
【図４】被検知ガス濃度５０００ｐｐｍにおける出力の絶対湿度依存性を示すグラフ
【図５】被検知ガス濃度１２５００ｐｐｍにおける出力の絶対湿度依存性を示すグラフ
【符号の説明】
１  半導体式ガス検知素子
２  記憶部
３  ガス検知部
４  演算部
５  報知部
【図１】
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【図２】
0004750327.tif 000003
【図３】
0004750327.tif 000004
【図４】
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【図５】
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