(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源Ｅに直列接続されたセンサ素子１１及びレファ素子１２と、センサ素子１１及びレファ素子１２に対して並列接続された第１の抵抗Ｒ１及び第２の抵抗Ｒ２の直列接続体とから構成されるブリッジ回路からの出力をオペアンプ２で増幅してセンサ出力電圧として出力する接触燃焼式ガスセンサ１において、
前記センサ素子１１及び前記レファ素子１２の接続点と接地間に抵抗Ｒ７が直接接続されていることを特徴とする接触燃焼式ガスセンサの断線故障検出装置。
【請求項２】
直流電源Ｅに直列接続されたセンサ素子１１及びレファ素子１２と、センサ素子１１及びレファ素子１２に対して並列接続された第１の抵抗Ｒ１及び第２の抵抗Ｒ２の直列接続体とから構成されるブリッジ回路からの出力をオペアンプ２で増幅してセンサ出力電圧として出力する接触燃焼式ガスセンサ１において、
前記センサ素子１１及び前記レファ素子１２の接続点と接地間に抵抗Ｒ７が接続されており、前記抵抗Ｒ７の抵抗値は、前記センサ素子１１と前記レファ素子１２の両方が断線した時に、警報を行う警報状態検出時の前記センサ出力電圧を出力する値に設定されていることを特徴とする接触燃焼式ガスセンサの断線故障検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触燃焼式ガスセンサの断線故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、ガス警報器のようにセンサ素子のヒーターを駆動してガス濃度を計測する装置において、センサ素子の故障を検知することは、ユーザーにとって重要である。特に、接触燃焼式ガスセンサのように、高温で駆動させる場合は断線等の故障を考慮する必要性が高く、故障を検出した場合、ユーザーに警報音や表示等により報知していた。
【０００３】
図４は、ガス警報器に使用されている従来の接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力増幅回路を示す回路図である。図４のセンサ出力増幅回路において、接触燃焼式ガスセンサ１は、ブリッジ回路で形成されており、ブリッジ回路は、直流電源Ｅに直列接続されたセンサ素子１１及びレファ素子１２と、センサ素子１１及びレファ素子１２に対して並列接続された抵抗Ｒ１、可変抵抗Ｒ３及び抵抗Ｒ２の直列接続体とから構成される。
【０００４】
センサ素子１１は、抵抗線として機能する白金線の中央部にコイル部分形状を、白金、パラジウム等の触媒を含有させたセラミック材料で覆ってボール状に形成される。レファ素子１２は、白金線の中央部に形成したコイル形状部分を触媒を含有しないセラミック材料で覆ってボール状に形成したものである。センサ素子１１は、可燃性ガスであるＣＨ４ガスやブタンガス等が接触すると接触燃焼反応を生じ、その反応により温度が上昇して電気抵抗が大きくなるが、レファ素子１２は、接触燃焼反応を起こさない。
【０００５】
センサ素子１１とレファ素子１２の接続点は、抵抗Ｒ４を介してオペアンプ２の反転入力端子に接続され、可変抵抗Ｒ３の摺動子は、オペアンプ２の非反転入力端子に接続されている。オペアンプ２は、＋ＶDD電源で駆動され、その反転入力端子と出力端子に抵抗Ｒ５が接続されている。
【０００６】
上述の構成において、センサ素子１１の抵抗値Ｒｓｅｎは、検出すべき可燃性ガスの濃度に応じて変化し、その抵抗値変化をブリッジ回路で電圧変化Ｖｓとしてとらえ、オペアンプ２でＲ５／Ｒ４倍に増幅し、センサ出力電圧Ｖｏｕｔとしてオペアンプ２の出力端子から出力する。オペアンプ２から出力されるセンサ出力電圧Ｖｏｕｔは、ガス警報器のＣＰＵ（図示しない）に入力され、ＣＰＵの内部メモリに予め記憶された警報電圧上限値ＶTHH 及び警報電圧下限値ＶTHL と比較される。このセンサ出力電圧Ｖｏｕｔは、以下の（１）式で求められる。
Ｖｏｕｔ＝（Ｖｉｎ−Ｖｓ）×Ｒ５／Ｒ４＋Ｖｉｎ・・・（１）
なお、Ｖｉｎは、オペアンプ２の入力端子における入力電圧であり、可変抵抗Ｒ３により任意に設定可能である。
【０００７】
次に、センサ出力電圧Ｖｏｕｔとガス警報器動作の関係を図５に示す。センサ出力電圧Ｖｏｕｔは、通常、警報電圧上限値ＶTHH と警報電圧下限値ＶTHL の間の監視領域にあり、この時ガス警報器が鳴動することはない。
【０００８】
しかし、高濃度の可燃性ガスが検出された場合やセンサ素子１１の断線が起こった場合は、センサ出力電圧Ｖｏｕｔが警報電圧上限値ＶTHH を超え、またレファ素子１２の断線が起こった場合は、センサ出力電圧Ｖｏｕｔが警報電圧下限値ＶTHL を下回り、ガス警報器は警報を行う警報状態に移行する。したがって、図４の回路は、センサ素子１１またはレファ素子１２の断線故障を検出し、警報器を鳴動させるフェールセーフ機能を有しているといえる。
【０００９】
センサ素子１１の抵抗値Ｒｓｅｎおよびレファ素子１２の抵抗値Ｒｒｅｆに対し、抵抗Ｒ４及びＲ５の抵抗値は十分大きく、また、抵抗Ｒ４に対して抵抗Ｒ５が十分大きな抵抗値だとすれば、センサ素子１１またはレファ素子１２の断線時のセンサ出力電圧Ｖｏｕｔは、以下の（２）または（３）式で求められる。
センサ素子１１断線時Ｖｏｕｔ＝ＶDD−１．５Ｖ（Ｖｓ＝０）・・・（２）
なお、（２）式において、オペアンプ２が、レールツーレールタイプのオペアンプの場合はＶｏｕｔ＝ＶDDとなる。
レファ素子１２断線時Ｖｏｕｔ＝約０Ｖ（Ｖｓ＝Ｅ）・・・（３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このように、図４の回路では、センサ素子１１またはレファ素子１２のどちらかが断線した場合は、ガス警報器を鳴動させ、故障を放置することができるが、警報器の実使用上、落下等の過大な衝撃が加わった場合には、センサ素子１１及びレファ素子１２の同時断線故障が起こることも考えられる。
【００１１】
このような場合、抵抗Ｒ４及びＲ５を流れる電流経路が断たれるため、センサ出力電圧Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎとなる。この場合、Ｖｉｎの設定値にもよるが、図６に示すように、センサ出力電圧Ｖｏｕｔは、警報電圧上限値ＶTHH と警報電圧下限値ＶTHL の間に位置する可能性があり、センサ故障にもかかわらず、ガス警報器が鳴動しないフェールアウトの動作を示す可能性が高い。
【００１２】
たとえば、Ｅ＝３Ｖ、Ｖｉｎ＝１．５１Ｖ、ＶDD＝５Ｖ、ＶTHH ＝４Ｖ、ＶTHL ＝１Ｖとすると、センサ素子１１及びレファ素子１２の同時断線時は、Ｖｏｕｔ＝１．５１Ｖとなり、警報器は鳴動しないことになる。
【００１３】
そこで本発明は、上述した課題に鑑み、センサ素子及びレファ素子の両方が断線した場合においても確実に故障検出が可能な接触燃焼式ガスセンサの断線故障装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、直流電源Ｅに直列接続されたセンサ素子１１及びレファ素子１２と、センサ素子１１及びレファ素子１２に対して並列接続された第１の抵抗Ｒ１及び第２の抵抗Ｒ２の直列接続体とから構成されるブリッジ回路からの出力をオペアンプ２で増幅してセンサ出力電圧として出力する接触燃焼式ガスセンサにおいて、前記センサ素子１１及び前記レファ素子１２の接続点と接地間に抵抗Ｒ７が直接接続されていることを特徴とする接触燃焼式ガスセンサの断線故障検出装置に存する。
【００１５】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、直流電源Ｅに直列接続されたセンサ素子１１及びレファ素子１２と、センサ素子１１及びレファ素子１２に対して並列接続された第１の抵抗Ｒ１及び第２の抵抗Ｒ２の直列接続体とから構成されるブリッジ回路からの出力をオペアンプ２で増幅してセンサ出力電圧として出力する接触燃焼式ガスセンサにおいて、前記センサ素子１１及び前記レファ素子１２の接続点と接地間に抵抗Ｒ７が接続されており、前記抵抗Ｒ７の抵抗値は、前記センサ素子１１と前記レファ素子１２の両方が断線した時に、警報を行う警報状態検出時の前記センサ出力電圧を出力する値に設定されていることを特徴とする接触燃焼式ガスセンサの断線故障検出装置に存する。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の発明によれば、直流電源Ｅに直列接続されたセンサ素子１１及びレファ素子１２と、センサ素子１１及びレファ素子１２に対して並列接続された第１の抵抗Ｒ１及び第２の抵抗Ｒ２の直列接続体とから構成されるブリッジ回路からの出力をオペアンプ２で増幅してセンサ出力電圧として出力する接触燃焼式ガスセンサにおいて、センサ素子１１及びレファ素子１２の接続点と接地間に抵抗Ｒ７が直接接続されているので、従来回路に抵抗を１本追加するだけで、センサ素子及びレファ素子が同時に断線故障を起こした場合、その故障を検出することができる。仮に、何らかの過度の衝撃がガス警報器に加わり、センサ素子及びレファ素子が同時に断線したまま、ガス警報器が使用された場合、従来はガス漏れが発生してもガス警報器が作動しないため人身事故に発展する可能性があったが、本発明では、この問題を解消し、より安全性の高い機器を提供することができる。
また、請求項２に記載の発明によれば、直流電源Ｅに直列接続されたセンサ素子１１及びレファ素子１２と、センサ素子１１及びレファ素子１２に対して並列接続された第１の抵抗Ｒ１及び第２の抵抗Ｒ２の直列接続体とから構成されるブリッジ回路からの出力をオペアンプ２で増幅してセンサ出力電圧として出力する接触燃焼式ガスセンサにおいて、前記センサ素子１１及び前記レファ素子１２の接続点と接地間に抵抗Ｒ７が接続されており、前記抵抗Ｒ７の抵抗値は、前記センサ素子１１と前記レファ素子１２の両方が断線した時に、警報を行う警報状態検出時の前記センサ出力電圧を出力する値に設定されているので、従来回路に抵抗を１本追加するだけで、センサ素子及びレファ素子が同時に断線故障を起こした場合、その故障を検出することができる。仮に、何らかの過度の衝撃がガス警報器に加わり、センサ素子及びレファ素子が同時に断線したまま、ガス警報器が使用された場合、従来はガス漏れが発生してもガス警報器が作動しないため人身事故に発展する可能性があったが、本発明では、この問題を解消し、より安全性の高い機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に係る接触燃焼式ガスセンサの断線故障検出装置の構成を示す回路図である。なお、図４の回路と同一の構成要素は同一符号を付して説明する。断線故障検出装置は、図４の回路とほぼ同様の構成を有し、相違する部分は、センサ素子１１及びレファ素子１２と接地間に抵抗Ｒ７を挿入した構成にある。なお、本発明において、抵抗Ｒ１及びＲ２は、それぞれ請求項における第１の抵抗及び第２の抵抗として働く。
【００１９】
抵抗Ｒ７の抵抗値は次のような設定にする。
（ａ）この抵抗Ｒ７は、センサ素子１１の抵抗値Ｒｓｅｎおよびレファ素子１２の抵抗値Ｒｒｅｆに対し、十分大きな値とする。図３に示すように、センサ素子１１に流れる電流Ｉｓｅｎに対し、レファ素子１２に流れるＩｒｅｆは、抵抗Ｒ４に流れる電流ＩR4が加算され、抵抗Ｒ７を流れる電流ＩR7が減算されるため（Ｉｒｅｆ＝Ｉｓｅｎ＋ＩR4−ＩR7）、（ＩR4−ＩR7）を十分小さくする必要がある。
（ｂ）Ｒ７＋Ｒ４の合成抵抗値は、Ｒ５の抵抗値に対して大きすぎないように設定される。すなわち、センサ素子１１及びレファ素子１２の同時断線時のセンサ出力電圧Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ＋｛Ｒ５×Ｖｉｎ／（Ｒ７＋Ｒ４）｝・・・（４）
となる。Ｖｏｕｔ＝ＶDD付近にしたいため、上記（４）において、（Ｒ７＋Ｒ４）は小さい方が望ましい。
【００２０】
実際には、上記（ａ）と（ｂ）のバランスを考えて、抵抗Ｒ７の抵抗値を決定する必要がある。
【００２１】
次に、上述の抵抗Ｒ７の設定について具体例を説明する。たとえば、たとえば、Ｅ＝３Ｖ、Ｖｉｎ＝１．５１Ｖ、Ｖｓ＝１．５Ｖ、ＶDD＝５Ｖ、ＶTHH ＝４Ｖ、ＶTHL ＝１Ｖ、Ｒ４＝５．１ｋΩ、Ｒ５＝１８０ｋΩの場合、Ｒ７＝７５ｋΩに設定する。この場合、
センサ素子１１及びレファ素子１２の正常時Ｖｏｕｔ＝（Ｖｉｎ−Ｖｓ）×Ｒ５／Ｒ４＋Ｖｉｎ＝（１．５１Ｖ−１．５Ｖ）×１８０ｋΩ／５．１ｋΩ＋１．５１Ｖ＝１．８６３Ｖ・・・（５）
センサ素子１１及びレファ素子１２同時断線時Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ＋｛Ｒ５×Ｖｉｎ／（Ｒ７＋Ｒ４）｝＝１．５１Ｖ＋｛１８０ｋΩ／（７５ｋΩ＋５．１ｋΩ）｝＝４．９０３Ｖ・・・（６）
となる。
【００２２】
上記（６）式で求められたセンサ素子１１及びレファ素子１２同時断線時Ｖｏｕｔ＝４．９０３Ｖ＞ＶTHH ＝４Ｖとなり、警報器は鳴動して断線故障を報知することができる。
【００２３】
このように、本発明によれば、接触燃焼式ガスセンサ１のセンサ素子１１及びレファ素子１２の同時断線故障の発生時にも、その断線故障を検知してユーザーに報知することができる。
【００２４】
以上の通り、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に係る接触燃焼式ガスセンサの断線故障検出装置の構成を示す回路図である。
【図２】図１の断線故障検出装置の動作を説明する図である。
【図３】図１の断線故障検出装置の断線検出動作時の電流の流れを説明する図である。
【図４】従来の接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力増幅回路の構成例を示す回路図である。
【図５】図４の回路のガス検出時の動作を説明する図である。
【図６】図４の回路における接触燃焼式ガスセンサの断線故障時の動作を説明する図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  接触燃焼式ガスセンサ
２  オペアンプ
Ｅ  直流電源
１１  センサ素子
１２  レファ素子
Ｒ１  抵抗（第１の抵抗）
Ｒ２  抵抗（第２の抵抗）
Ｒ３  可変抵抗
Ｒ７  抵抗
【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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