(57)【要約】【課題】従来の二酸化炭素等のガスを選択的に検出するセンサ回路において、ガスセンサは原理的に湿度による影響が大きく、水分によりセンサ検出素子の組成変化が発生しその性能を正常に維持できなくなり、ガス濃度を正しく検出できないことがあった。【解決手段】二酸化炭素等のガスを選択的に検出するガスセンサ１と、ガスセンサ１の出力を安定したレベルに変換するレベル変換部２と、ガスセンサ１周辺の湿度を検出する湿度センサ４と、各々の入力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータを備えＡ／Ｄ変換結果をもとに種々の制御を行うマイコン３で構成し、湿度センサ４の出力が所定時間高湿度状態を継続した場合、ガスセンサ１による検出結果を採用しない制御とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素等のガスを選択的に検出するガスセンサと、ガスセンサの出力を安定したレベルに変換するレベル変換部と、ガスセンサ周辺の湿度を検出する湿度センサと、前記それぞれの出力を入力してアナログ／ディジタル変換（以下Ａ／Ｄ変換）するＡ／Ｄコンバータを備え前記Ａ／Ｄ変換結果をもとに種々の制御を行うマイクロコンピュータ（以下マイコン）とで構成され、湿度センサによる湿度検出により高湿度状態となった場合、ガスセンサによる検出結果を採用しない制御としたことを特徴としたセンサ回路。
【請求項２】
湿度センサによる検出湿度が高湿度状態を第１の所定時間継続した時点で、ガスセンサによる検出結果を採用しない制御に移行することを特徴とした請求項１記載のセンサ回路。
【請求項３】
湿度センサによる検出湿度が高湿度状態判定でガスセンサによる検出結果を採用しない制御に移行後、湿度が変化し低湿度を検出した時点で、ガスセンサの検出結果を採用する制御へ移行することを特徴とした請求項１または請求項２記載のセンサ回路。
【請求項４】
湿度センサによる検出湿度が高湿度状態判定でガスセンサによる検出結果を採用しない制御に移行後、湿度が変化し低湿度を検出して低湿度状態が第２の所定時間継続した時点で、ガスセンサの検出結果を採用する制御へ移行することを特徴とした請求項１または請求項２記載のセンサ回路。
【請求項５】
機器の待機中に第３の所定時間ごとに湿度を検出し、機器運転直前の湿度が高湿度判定の場合、ガスセンサによる制御を行わないこととした請求項１記載のセンサ回路。
【請求項６】
機器の待機中に第３の所定時間ごとに湿度を検出し、機器運転直前の湿度が高湿度判定の場合、運転開始後即時にガスセンサへ通電するとともにその検出結果は採用せず、通電後第４の所定時間経過後よりガスセンサ検出結果を採用する制御とした請求項１記載のセンサ回路。
【請求項７】
機器の待機中に第３の所定時間ごとに湿度を検出し高湿度判定した時、待機中であってもガスセンサへの通電を第５の所定時間行うことを特徴とした請求項１記載のセンサ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素等のガスを選択的に検出するガスセンサを使用したセンサ回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の二酸化炭素等のガスを選択的に検出するセンサ回路において、センサ素子出力は原理上低出力のためマイコンで検出しやすいレベルに増幅する必要があった。また、検出すべきガス濃度はセンサのばらつき等により絶対値検出が困難であり、さらに部屋の大きさ、環境による影響が大きくこれらの誤差を少なくするため、測定開始時の初期値と一定時間ごとに検出した結果の差分によりガス濃度の増減量を判定するなどの制御を行っていた。（例えば特許文献１参照）
特許文献１記載の構成には、ガスセンサ検出結果を用いてファジイ制御により種々の制御を行うことが記載されている。また、特許文献２記載の構成ではガスセンサとセンサ出力の検出回路を断続的に接続することで、検出精度を向上させることが記載されている。また、特許文献３の構成では感度の異なる複数のガスセンサを設置し、それぞれの差分により低濃度ガスを高精度で検出することが記載されている。
【０００３】
これらはガスセンサによる二酸化炭素等のガスの検出精度を向上させることを目的としている。
【０００４】
二酸化炭素等のガスを選択的に検出するセンサ、特にここでは二酸化炭素に反応して素子が分極し電位を発生させ、その電位が二酸化炭素濃度により変化するガスセンサ（以下の説明ではＣＯ２センサと表記）の検出回路について説明する。従来のＣＯ２センサは内部ヒータにより熱せられ、一定の温度に達すると素子が活性化して二酸化炭素濃度に応じた電位を発生する。またその電位は二酸化炭素濃度が増加すると初期値からその電位が低くなる。検出回路はこの変化を利用して発生電位の変化量により二酸化炭素濃度が初期値に対する増減を検出し、例えば空調機器においてはこの検出値により酸素供給量などの制御に利用するものであった。
【０００５】
ここで図９に従来のセンサ回路の構成図を示す。ＣＯ２センサ１は、ＣＯ２センサの主体である二酸化炭素に反応し電位を発生させるセンサ素子とセンサ内部に設置されたヒータから構成されている。レベル変換部２はＣＯ２センサ１の微小出力を一定の安定レベルに増幅変換しマイコン３のＡ／Ｄ変換ポートへ入力する。
【０００６】
図１０は従来のセンサ回路の出力タイムチャートである。ここでは室外から酸素を選択的にとりこみ室内へ供給することができる空気調和機での応用にて説明する。この空気調和機では室内の二酸化炭素濃度が高くなると酸素供給量を増加し、二酸化炭素濃度が低くなると酸素供給量を低下させ室内の酸素濃度を一定に保持する制御を行っている。二酸化炭素濃度と酸素供給の関係は、一般に人が存在することは酸素を消費しその結果二酸化炭素が増加することからその部屋の酸素不足量を推定するものである。
【特許文献１】特開平５−４４９７３号公報
【特許文献２】特開平７−２７７４１号公報
【特許文献３】特開平９−３３４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら前記従来の構成では、ＣＯ２センサにより二酸化炭素濃度を検出するが、
いずれもＣＯ２センサはあくまで正常な場合であり、故障やイレギュラーな環境下での検出結果に対しては特に制御を保証するものではなかった。ＣＯ２センサが故障等により例えばその検出値が変化しなくなると二酸化炭素濃度は低いと制御され、本来酸素を高レベルで供給すべき時にも十分な酸素を供給しなくなってしまうという課題があった。
【０００８】
ＣＯ２センサは原理上、水分の影響を受けやすく特に利用機器の動作に連動してセンサが稼動するシステムすなわち、利用機器の停止中ＣＯ２センサへの電源も供給されていない状態では、空気中の湿度の影響を受け電極を構成する物性の変化により分極レベルが低下する。その結果、機器稼動直後においてはすぐに分極レベルが回復せず、正常なＣＯ２レベルの検出ができないといった課題を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するため、本発明のセンサ回路はＣＯ２センサの利用機器において、ＣＯ２センサが搭載されるプリント基板のセンサ近辺に空気中の湿度を検出する湿度センサを搭載し、ＣＯ２センサ付近の湿度によりＣＯ２センサおよびそのセンサ出力による機器の制御を制限する構成とした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のセンサ回路は、ＣＯ２センサが高湿度環境下に暴露した場合、その影響レベルを推測してＣＯ２センサの検出結果の採用・不採用を決定することにより、ガス濃度の誤検出に伴う誤った制御を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は、二酸化炭素等のガスを選択的に検出するガスセンサと、ガスセンサの出力を安定したレベルに変換するレベル変換部と、ガスセンサ周辺の湿度を検出する湿度センサと、前記それぞれの出力を入力してアナログ／ディジタル変換するＡ／Ｄコンバータを備え前記Ａ／Ｄ変換結果をもとに種々の制御を行うマイクロコンピュータとで構成され、湿度センサによる湿度検出により高湿度状態となった場合、ガスセンサによる検出結果を採用しない制御とする。これにより、ガスセンサの検出精度が不確かな状態での検出結果を採用しないことにより、誤った制御を防止することができる。
【００１２】
第２の発明は、湿度センサによる検出湿度が高湿度状態判定を第１の所定時間継続した時点でガスセンサによる検出結果を採用しない制御に移行する制御とする。これにより、ガスセンサが高湿度環境下に暴露した時間からその影響レベルを推測してガスセンサの検出結果の不採用を決定することで、本来ガス濃度に応じて実行される機器の性能を可能な限り継続することができる。
【００１３】
第３の発明は、湿度センサによる検出湿度が高湿度状態判定でガスセンサによる検出結果を採用しない制御に移行後、湿度が変化し低湿度を検出した時点で、ガスセンサの検出結果を採用する制御へ移行する制御とする。これにより、湿度センサの検出結果から、高湿度環境下から機器が離脱したことを判定してガスセンサの検出結果の採用を復帰させることにより機器本来の性能を回復することができる。
【００１４】
第４の発明は、湿度センサによる検出湿度が高湿度状態判定でガスセンサによる検出結果を採用しない制御に移行後、湿度が変化し低湿度を検出し低湿度状態が第２の所定時間継続した時点で、ガスセンサの検出結果を採用する制御へ移行する制御とする。これにより、低湿度検出が所定時間継続してからガスセンサ環境が正常化したと判定することで、より確実にガスセンサの機能回復を行うことができる。
【００１５】
第５の発明は、機器の待機中に第３の所定時間ごとに湿度を検出し、機器運転直前の湿
度が高湿度判定の場合、ガスセンサによる制御を行わない構成とする。これにより、機器の待機中に所定時間ごとに湿度を検出し、機器運転直前の湿度が高湿度判定していた場合、ガスセンサによる制御を行わないこととすることにより、本来の機能を損なうことがない。
【００１６】
第６の発明は、機器の待機中に第３の所定時間ごとに湿度を検出し、機器運転直前の湿度が高湿度判定の場合、運転開始後即時にガスセンサへ通電するとともにその検出結果は採用せず、通電後第４の所定時間経過後よりガスセンサ検出結果を採用する制御とする。これにより、機器の待機中に所定時間ごとに湿度を検出し、機器運転直前の湿度が高湿度判定していた場合、運転開始後即時ガスセンサへ通電するとともにその検出結果は採用せず、通電後所定時間経過後よりガスセンサ検出結果を採用することにより、より確実にガスセンサの機能回復とより正確な検出結果による制御を行うことができる。
【００１７】
第７の発明は、機器の待機中に第３の所定時間ごとに湿度を検出し、高湿度判定した時、待機中であってもガスセンサへの通電を第５の所定時間行う制御とする。これにより、機器の待機中において、高湿度判定したときのみガスセンサへ通電することにより、湿度による影響を最小限とするだけでなく、不必要な電力消費を最小限とすることができる。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるセンサ回路の構成図である。
【００１９】
図１において、ＣＯ２センサ１のセンサ素子の出力は小さく（１Ｖ以下）、５Ｖを基本レベルとするマイコンで安定して検出するためにレベル変換部２で数倍の増幅を行っている。レベル変換部２の出力は、アナログ電圧を制御ディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部を有しているマイコン３のＡ／Ｄポートに入力され、マイコン３はＣＯ２センサ出力に応じて酸素供給量等の制御を行う。この時マイコン３はＣＯ２センサ１の周辺湿度を検出する湿度センサ４の検出湿度等によってＣＯ２センサ１の検出結果を採用するかどうかを判断する。
【００２０】
ＣＯ２センサは初期出力値に対する変化量にてＣＯ２濃度を検出するものであるが、高湿度による検出素子の組成変化により、その出力レベルおよびＣＯ２濃度による変化量が小さくなるなど異常出力となる。つまり原理的に湿度による影響が大きく、水分によりセンサ検出素子の組成変化が発生しその性能を正常に維持できなくなり、ＣＯ２濃度を正しく検出することが困難となることがある。
【００２１】
図２は本発明の実施の形態１におけるセンサ回路の動作フローチャートである。
【００２２】
Ｓ５で湿度センサによる湿度検出により高湿度状態と判定した場合、Ｓ６のＣＯ２センサ出力による通常制御からＳ７のＣＯ２センサによる検出結果を採用しない制御に分岐する制御とした。このときＣＯ２センサの検出結果に基づく種々の制御は、例えば所定時間間隔でＯＮ／ＯＦＦ等のＣＯ２センサに左右されない時間制御とすることで、誤検出した検出結果による誤動作もなく基本的な機器の性能を損なわず制御が可能となる。
【００２３】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２におけるセンサ回路の動作フローチャートである。
【００２４】
ＣＯ２センサの高湿度による検出素子の組成変化は急激な変化ではない。そこで本実施の形態２では、Ｓ５で湿度センサによる高湿度判定となった時、Ｓ１１でその検出時間を計測して所定時間経過したとき初めてＣＯ２センサの出力を不採用とする制御とした。
【００２５】
これにより、水分によるＣＯ２センサ素子の組成変化にともなう誤検出をなくすだけでなく、本来のセンサ結果によるきめ細かな制御を行う時間を増やすことができる。
【００２６】
（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３におけるセンサ回路の動作フローチャートである。
【００２７】
本実施の形態３では、Ｓ７で一旦ＣＯ２センサ出力を不採用とするが、Ｓ１２で湿度センサによる湿度検出は継続し続け湿度が変化し低湿度を検出した時点で、Ｓ６のＣＯ２センサの検出結果を採用する制御へ復帰する制御とした。これにより、湿度によるＣＯ２センサへの影響が少なくなった時点で本来のセンサ制御に移行することが可能となり、ＣＯ２センサ検出結果を採用しない時間制御の時間を短くして、本来のセンサ結果によるきめ細かな制御を行う時間を増やすことができる。
【００２８】
（実施の形態４）
図５は本発明の実施の形態４におけるセンサ回路の動作フローチャートである。
【００２９】
本実施の形態４では、Ｓ５で湿度センサによる湿度検出により高湿度状態判定でＳ７のＣＯ２センサによる検出結果を採用しない制御に移行後湿度が変化して、Ｓ１２で低湿度を検出しＳ１３で低湿度状態が所定時間継続した時点で、Ｓ６のＣＯ２センサの検出結果を採用する制御へ移行する制御とした。これによりセンサ素子の組成変化がより正常な状態となる、つまりより正常に近い検出結果が得られる状態となったときにセンサ制御に復帰することができる。
【００３０】
（実施の形態５）
図６は本発明の実施の形態５におけるセンサ回路の動作フローチャートである。
【００３１】
ＣＯ２センサはその原理上、内部ヒータによる加熱によりセンサ素子を活性化させてＣＯ２に反応させるものである。一方、機器の待機中においては待機中の電力削減のため、ＣＯ２センサ等電力消費回路には通電を行わない構成としている。これにより機器の動作中においてはＣＯ２センサ自身のヒータ加熱により周辺環境が高湿度となっていてもその影響は少なく、むしろ待機中の高湿度環境暴露による影響のほうが高くなる。
【００３２】
本実施の形態５では、Ｓ１の機器の待機中であってもＳ２，Ｓ３で所定時間ごとに湿度を検出し、機器運転直前の湿度がＳ５で高湿度判定した場合は、Ｓ７に分岐してＣＯ２センサによる制御を行わない制御とした。
【００３３】
これにより、待機中に高湿度環境となった場合でも、その顕著な影響を避けることができる。
【００３４】
（実施の形態６）
図７は本発明の実施の形態６におけるセンサ回路の動作フローチャートである。
【００３５】
本実施の形態６では、Ｓ１の待機中であってもＳ２，Ｓ３で所定時間ごとに湿度を検出し、機器運転直前の湿度がＳ５で高湿度判定した場合、運転開始後Ｓ８で即時にＣＯ２センサへ通電はするがＳ７でセンサからの検出結果は採用せず、Ｓ１０で通電後所定時間経過後よりＳ６でＣＯ２センサ検出結果を採用する制御とした。
【００３６】
これにより、ＣＯ２センサの内部ヒータによりセンサ素子の組成変化からの復帰を促進し、機器本来のセンサ制御に復活することができる。
【００３７】
（実施の形態７）
図８は本発明の実施の形態７におけるセンサ回路の動作フローチャートである。
【００３８】
本実施の形態７では、Ｓ１の待機中にもＳ２，Ｓ３で所定時間ごとに湿度を検出し、Ｓ５で高湿度判定した時は、待機中であってもＳ８，Ｓ１１でＣＯ２センサへの通電を所定時間行う制御とした。
【００３９】
これにより低湿度時は無通電で待機電力低減を継続し、且つ高湿度時は即時センサへの通電を行うことにより内部ヒータの熱により水分によるセンサ素子の組成変化が発生しないような制御とした。また、機器動作中はもともとヒータの熱により、環境が高湿度状態であってもセンサ素子の組成変化が発生するレベルが小さいため、機器の運転状態による高湿度環境からくるＣＯ２センサの異常発生は非常に少なくなる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明にかかるセンサ回路は、高湿度を検出してセンサの検出結果による制御を制限または復活させる構成により、誤った検出結果による誤動作を防ぐことが可能となるため、高湿度状態において劣化の可能性のあるセンサ、特にＣＯ２センサに構成が近似しているガスセンサおよびその応用機器にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１におけるセンサ回路の構成図
【図２】本発明の実施の形態１におけるセンサ回路の動作フローチャート
【図３】本発明の実施の形態２におけるセンサ回路の動作フローチャート
【図４】本発明の実施の形態３におけるセンサ回路の動作フローチャート
【図５】本発明の実施の形態４におけるセンサ回路の動作フローチャート
【図６】本発明の実施の形態５におけるセンサ回路の動作フローチャート
【図７】本発明の実施の形態６におけるセンサ回路の動作フローチャート
【図８】本発明の実施の形態７におけるセンサ回路の動作フローチャート
【図９】従来のセンサ回路の構成図
【図１０】従来のセンサ回路の出力タイムチャート
【符号の説明】
【００４２】
１  ＣＯ２センサ（ガスセンサ）
２  レベル変換部
３  マイコン
４  湿度センサ
【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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【図１０】
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