(57)【要約】【課題】湿度の影響が少ない、安定したガス漏れ報知が可能なガス漏れ警報器及びガス漏れ報知方法を提供する。【解決手段】半導体式ガスセンサ４０のセンサ出力をガスセンサの周囲の温度に基づいて湿度補正する。これにより、湿度センサを用いることなしに、半導体式ガスセンサに対する湿度の影響を除去した濃度計算が可能になる。また、所定期間だけ蓄積した温度を平均化し、この平均化された温度をセンサ出力の湿度補正に用いる。これにより、警報器周囲の突発的な発熱の影響が除去された温度が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体式ガスセンサを利用して、ガス漏れを報知する警報器であって、
前記半導体式ガスセンサの周囲の温度を検出する温度検出手段と、
前記半導体式ガスセンサのセンサ出力を検出するセンサ出力検出手段と、
前記センサ出力を前記半導体式ガスセンサの周囲の湿度に基づいて補正する補正手段と、
前記温度を時系列的に蓄積する温度蓄積手段と、
所定期間だけ蓄積した温度を平均化する平均温度計算手段と、を含み、
前記湿度は、平均化された前記温度に基づいて算出されたものであり、
補正された前記センサ出力により計算したガス濃度に基づいて、前記ガス漏れを報知する、
ことを特徴とするガス漏れ警報器。
【請求項２】
請求項１記載のガス漏れ警報器において、
前記温度検出手段として、
前記センサ出力の取込時に前記センサ出力を温度補正するための温度センサが兼用されている、
ことを特徴とするガス漏れ警報器。
【請求項３】
半導体式ガスセンサを利用したガス漏れ報知方法であって、
前記半導体式ガスセンサの周囲の温度を検出する温度検出工程と、
前記半導体式ガスセンサのセンサ出力を検出するセンサ出力検出工程と、
前記センサ出力を前記半導体式ガスセンサの周囲の湿度に基づいて補正する補正工程と、
前記温度を時系列的に蓄積する温度蓄積工程と、
所定期間だけ蓄積した温度を平均化する平均温度計算工程と、を含み、
前記湿度は、平均化された前記温度に基づいて算出されたものであり、
補正された前記センサ出力により計算したガス濃度に基づいて、前記ガス漏れを報知する、
ことを特徴とするガス漏れ警報器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体式ガスセンサを利用して、ガス漏れを報知する警報器及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一酸化炭素（ＣＯ）及び都市ガスを検知して警報を発するガス漏れ警報器としては、例えば、下記特許文献１に示されるものがある。この種のガス漏れ警報器に用いられるガスセンサとしては、一般的に半導体式半導体ガスセンサが用いられている。
【０００３】
この半導体ガスセンサにより、ＣＯガス及び都市ガスの主成分であるメタンガスを選択的に検知する際には、図２に示すような、低温（Ｌ）及び高温（Ｈ）のヒータ電圧でセンサ素子温度を１００℃以下の低温、及び４００℃以上の高温に定期的に変動させ、低温側でＣＯを、高温側でメタンガス（都市ガス）を検出するようにしている。
【０００４】
ところで、このような低温−高温のパルス駆動で上記ガスセンサを使用した場合、空気中の湿度の影響を受けることがわかっている。例えば、図１０の感度特性に示すように、この種のガスセンサは、絶対湿度的に、低湿状態である冬場のセンサ感度特性と高湿状態である夏場のセンサ感度特性が、特に、都市ガスの主成分であるメタンガスに対して、大きく変動することが確認されている。
【０００５】
また、図１１の警報感度特性に示すように、冬場ＭＩＮ値が、１９００ｐｐｍであるのに対し、夏場ＭＡＸ値が、６２００ｐｐｍである。すなわち、両者に４３００ｐｐｍの差があることも確認されている。なお、図中、上段及び下段の折れ線グラフはそれぞれ、夏場ＭＡＸ値の平均（ＡＶＥ）及び冬場ＭＩＮ値の平均（ＡＶＥ）を示す。
【０００６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【特許文献１】特開２０００−１１１５０８号公報
【特許文献２】特開平１１−２５９７７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような特性は、ガス漏れ警報器に要求されているガス検知条件である(Lower Explosive Limit)ＬＥＬ１／１００〜１／４は満足するもの、５年間の性能維持を考慮すると、更なる特性改善をする必要があった。
【０００８】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、湿度の影響が少ない、安定したガス漏れ報知が可能なガス漏れ警報器及びガス漏れ報知方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載のガス漏れ警報器は、半導体式ガスセンサを利用して、ガス漏れを報知する警報器であって、前記半導体式ガスセンサの周囲の温度を検出する温度検出手段と、前記半導体式ガスセンサのセンサ出力を検出するセンサ出力検出手段と、前記センサ出力を前記半導体式ガスセンサの周囲の湿度に基づいて補正する補正手段と、前記温度を時系列的に蓄積する温度蓄積手段と、所定期間だけ蓄積した温度を平均化する平均温度計算手段と、を含み、前記湿度は、平均化された前記温度に基づいて算出されたものであり、補正された前記センサ出力により計算したガス濃度に基づいて、前記ガス漏れを報知する、ことを特徴とする。
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、センサ出力をガスセンサの周囲の温度に基づいて湿度補正する。これにより、湿度センサを用いることなしに、半導体式ガスセンサに対する湿度の影響を除去した濃度計算が可能になる。また、所定期間だけ蓄積した温度を平均化し、この平均化された温度をセンサ出力の湿度補正に用いる。これにより、警報器周囲の突発的な発熱の影響が除去された温度が得られる。
【００１１】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載のガス漏れ警報器は、請求項１記載のガス漏れ警報器において、前記温度検出手段として、前記センサ出力の取込時に前記センサ出力を温度補正するための温度センサが兼用されている、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、湿度補正用の温度検出手段として、センサ出力の取込時にセンサ出力を温度補正するための温度センサが兼用されているので、ひとつの温度センサを用いつつ、所定期間だけ蓄積されて平均化された温度に基づきセンサ出力が湿度補正され、センサ出力の取込時に検出された温度に基づきセンサ出力が温度補正される。
【００１３】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載のガス漏れ報知方法は、半導体式ガスセンサを利用したガス漏れ報知方法であって、前記半導体式ガスセンサの周囲の温度を検出する温度検出工程と、前記半導体式ガスセンサのセンサ出力を検出するセンサ出力検出工程と、前記センサ出力を前記半導体式ガスセンサの周囲の湿度に基づいて補正する補正工程と、前記温度を時系列的に蓄積する温度蓄積工程と、所定期間だけ蓄積した温度を平均化する平均温度計算工程と、を含み、前記湿度は、平均化された前記温度に基づいて算出されたものであり、補正された前記センサ出力により計算したガス濃度に基づいて、前記ガス漏れを報知する、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、センサ出力をガスセンサの周囲の温度に基づいて湿度補正する。これにより、湿度センサを用いることなしに、半導体式ガスセンサに対する湿度の影響を除去した濃度計算が可能になる。また、所定期間だけ蓄積した温度を平均化し、この平均化された温度をセンサ出力の湿度補正に用いる。これにより、警報器周囲の突発的な発熱の影響が除去された温度が得られる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、センサ出力をガスセンサの周囲の温度に基づいて湿度補正する。これにより、湿度センサを用いることなしに、半導体式ガスセンサに対する湿度の影響を除去した濃度計算が可能になる。したがって、コスト高を招くことなくなる。また、所定期間だけ蓄積した温度を平均化し、この平均化された温度をセンサ出力の補正に用いる。したがって、警報器周囲の突発的な発熱の影響が除去された温度が得られ、より安定したガス漏れ報知が可能になる。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、湿度補正用の温度検出手段として、センサ出力の取込時にセンサ出力を温度補正するための温度センサが兼用されているので、ひとつの温度センサを用いつつ、センサ出力の湿度補正及び温度補正が可能になる。したがって、低コストでありながら、高精度のガス漏れ報知が可能になる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、センサ出力をガスセンサの周囲の温度に基づいて湿度補正する。これにより、湿度センサを用いることなしに、半導体式ガスセンサに対する湿度の影響を除去した濃度計算が可能になる。したがって、コスト高を招くことなくなる。また、所定期間だけ蓄積した温度を平均化し、この平均化された温度をセンサ出力の補正に用いる。したがって、警報器周囲の突発的な発熱の影響が除去された温度が得られ、より安定したガス漏れ報知が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、図１及び図２を用いて、実施形態に係るガス漏れ警報器の基本構成及びその駆動パルスについて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るガス漏れ警報器の基本構成を示すブロック図である。図２は、駆動パルスを例示するタイムチャートである。
【００１９】
図１に示すように、このガス漏れ警報器のコントローラ１０には、駆動電源２０、警報部３０及びガスセンサ４０が接続されている。このガス漏れ警報器では、後述の駆動パルスが供給されてガスセンサ４０が通電制御され、このセンサ４０のセンサ出力に基づいてコントローラ１０にてガス漏れ判定される。
【００２０】
コントローラ１０は、後述する図３に示すような補正等に関する処理動作を司り、センサ駆動制御部１１、センサ出力検出部１２、温度検出部１３、演算部１４、記憶部１５及び判定部１６を含んで構成される。図示しないが、コントローラ１０は、タイマ部等も有している。
【００２１】
センサ駆動制御部１１は、ガスセンサ４０に対して駆動電源２０を通電制御して、図２に示すような、低温（Ｌ）及び高温（Ｈ）に相当するヒータ電圧をガスセンサ４０に与えて、センサ素子を過熱する。低温（Ｌ）に相当するヒータ電圧が与えられると、センサ素子温度は１００℃以下の低温となり、高温（Ｈ）に相当するヒータ電圧が与えられると、センサ素子温度は４００℃以上の高温となる。そして、低温（Ｌ）側がＣＯ、高温（Ｈ）側がメタンガスの検出ポイントとなる。このような検出が定期的に繰り返されている。
【００２２】
センサ出力検出部１２は、図２に示すような、検出ポイントにしたがって、ＣＯ及びメタンガスの濃度に対応するセンサ出力を検出する。センサ出力検出部１２は、請求項中のセンサ出力検出手段に対応する。
【００２３】
温度検出部１３は、ガスセンサ４０のセンサ出力から求められる濃度から、湿度の影響が除去するように補正するために、ガスセンサ４０の周囲の温度を検出する。そのために温度センサとしては、既に内蔵されているサーミスタや側温抵抗体（いずれも不図示）を利用する。湿度の影響を除去するために温度検出する理由については、後述する。温度検出部１３は、請求項中の温度検出手段に対応する。
【００２４】
演算部１４は、温度検出部１３により得られたガスセンサ４０の周囲の温度が所定期間（例えば、後述するように、２、３週間程度）だけ蓄積されたものを平均化する平均温度計算手段や、センサ出力検出部１２により得られたセンサ出力を上記平均化された温度に基づいて補正する補正手段を含む。これらの手段は、基本的に、後述の図３に示すソフトウエアの処理に対応する。演算部１４は、実際的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むマイクロコンピュータにて具現化される。
【００２５】
記憶部１５には、ガス漏れ検出の判定基準となる濃度しきい値や、上記補正する際に参照される、温度とセンサ出力との関係（図７参照）を示すテーブルが格納されている。温度とセンサ出力との関係は、予め試験等により求められているものである。また、記憶部１５には、温度検出部１３により得られたガスセンサ４０の周囲の温度が時系列的に蓄積されている。記憶部１５は、請求項中の温度蓄積手段に対応する。
【００２６】
判定部１６は、演算部１４にて求められた補正センサ出力から対象ガスの濃度を求め、これを記憶部１５に格納されている濃度しきい値と比較し、この比較結果を出力する。
【００２７】
駆動電源２０は、既成の電池等が用いられる。また、警報部３０は、上記コントローラ１０の判定部１６の比較結果に基づいてガス漏れ警報を発する。この警報部３０は、例えば、ＬＥＤ等の可視警報手段やブザー等の可聴警報手段等で構成される。
【００２８】
ガスセンサ４０は、特許文献１に示されるような、半導体式感ガス体を用いた周知の半導体ガスセンサである。このガスセンサ４０では、基本的に、感ガス体を過熱するヒータに高、低２種類の電力が交互に一定周期で切り替え供給され、感ガス体の抵抗値に対応する信号が、対象ガスの濃度に応じたセンサ出力として出力されるものである。
【００２９】
次に、センサ出力から求められる濃度から湿度の影響を除去するために、温度検出する理由を、図４〜図８を参照しつつ説明する。図４は、年間の絶対湿度の推移を示すグラフである。図５は、絶対湿度と長期的なセンサ出力変化量との関係を示すグラフである。図６は、気温と絶対湿度の相関関係図である。図７は、気温とセンサ出力変化の相関関係図である。図８は、年間の気温推移と補正概念を説明するための図である。
【００３０】
図４に示すように、年間の絶対湿度は、夏期が高く、冬期が低く、春秋期はこれらの中間であることが知られている。一方、図５に示すように、絶対湿度とセンサ出力変化量とは、相関関係があることがわかった。この２つのグラフから、センサ出力変化は、長期的に水の影響を受けていることがわかる。したがって、センサ出力を長期的に、すなわち、季節によらず安定させるためには、湿度により補正すればよいことがわかる。しかしながら、警報器に湿度センサを内蔵させればよいことになるが、そうすると警報器が非常に高価になる。
【００３１】
そこで、図６に示すような、気温と絶対湿度との相関性に着目し、気温とセンサ出力変化との相関性を検証した。図７に示すように、気温とセンサ出力変化との相関性は、絶対湿度とセンサ出力変化との相関性ほどではないものの、実用に耐えうる程度の十分な相関性があることを確認できた。したがって、日本国内でガス警報器を使用する場合には、センサの長期的湿度依存性を温度の蓄積量として表すことができることになる。
【００３２】
なお、温度センサは、基本的に抵抗体により構成されるため、湿度センサを内蔵するよりも低価格化が可能になり、更に、この種の警報器に既に内蔵されているガスセンサの温度補正用のサーミスタや側温抵抗体を補正に兼用することにより、更に低価格化が可能になる。これが、補正のために温度検出する理由である。また、ガス漏れ警報器は、通常、台所で使用されて、コンロ等が使用されると高温下に曝されるため、年間変動の気温を計測する方法として、図８に示すように、１時間に１回計測し、ＭＩＮ値更新又はＭＩＮ値の平均値を２週間レベルで処理するようにする。
【００３３】
図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）はそれぞれ、高温高湿下（４０℃８５％）及び低温低湿下（５℃４０％）におけるアラームポイントの長期的な変動を示すグラフである。サンプル数はいずれも５である。すなわち、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、ガスセンサの長期的湿度依存性の特性を示すものである。図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示すように、高温高湿下及び低温低湿下で連続的に暴露させた場合に、アラームポイントが変動するのに約２〜３週間程度要していることがわかる。
【００３４】
更に、本発明の実施形態に係る処理手順について、図３を用いて説明する。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、本発明の実施形態に係る処理手順を示すフローチャートである。
【００３５】
図３（Ａ）に示す温度計算処理のステップＳ１０１においては、温度検出部１３にて現温度（現時点の温度）が検出される。次に、ステップＳ１０２においては、検出された現温度が記憶部１５に時系列的に蓄積される。なお、ステップＳ１０１は、請求項中の温度検出工程及び手段に対応する。
【００３６】
次に、ステップＳ１０３において、演算部１４にて所定期間の平均温度が計算される。この期間は、上述したように、例えば、２週間程度である。この平均温度は補正に用いるため、ステップＳ１０４において、記憶部１５に一時保存する。そして、ステップＳ１０５においては、次の温度検出タイミングが待機されており（ステップＳ１０５のＮ）、次の温度検出タイミングになると（ステップＳ１０５のＹ）、ステップＳ１０１に戻って上述の処理が繰り返される。温度取得インターバルは、上述のように、例えば、１時間程度である。
【００３７】
図３（Ｂ）に示す補正処理のステップＳ２０１においては、センサ出力検出部１２にてガスセンサ４０のセンサ出力が検出される。次に、ステップＳ２０２においては、記憶部１５に格納されている上記平均温度から最新の平均温度が読み出される。なお、ステップＳ２０１は、請求項中のセンサ出力検出工程及び手段に対応する。
【００３８】
次に、ステップＳ２０３において、演算部１４にて、ガスセンサ４０のセンサ出力を上記読み出した平均気温を参照して湿度補正する。この湿度補正には、記憶部１５に格納されている、図７に示すような温度とセンサ出力との関係を示すテーブルが参照される。なお、ステップＳ２０３は、請求項中の補正工程及び手段に対応する。
【００３９】
そして、ステップＳ２０４においては、次のセンサ出力検出タイミングが待機されており（ステップＳ２０４のＮ）、次のセンサ出力検出タイミングになると（ステップＳ２０４のＹ）、ステップＳ２０１に戻って上述の処理が繰り返される。センサ出力取得のインターバルは、数秒程度である。
【００４０】
なお、湿度補正に利用される温度データを取得するために、センサ出力の取込時にセンサ出力を温度補正するための温度センサが兼用されている。いうまでもなく、従来のように、センサ出力の取込時に検出された温度に基づきセンサ出力が温度補正される。すなわち、ひとつの温度センサを用いつつ、所定期間だけ蓄積されて平均化された温度に基づきセンサ出力が湿度補正され、センサ出力の取込時に検出された温度に基づきセンサ出力が温度補正される。したがって、低コストでありながら、高精度のガス漏れ報知が可能になる。
【００４１】
また、図示しないが、上記湿度補正されたセンサ出力から対象ガスの濃度が周知の方法により求められ、これが記憶部１５に格納されている濃度しきい値と比較されて、この比較結果に基づいてガス漏れ警報が発せられる。
【００４２】
このような処理により、改善された警報濃度特性を図９に示す。図９は、図１１で示す警報濃度特性を気温により補正した結果を示すものである。図９に示すように、補正前には、冬場ＭＩＮ値が１９００ｐｐｍで夏場ＭＡＸ値が６２００ｐｐｍという具合に４３００ｐｐｍの差があったものが、補正後には、特にＭＡＸ値が５１００ｐｐｍまで変化量を抑制できたことがわかる。このように、長期的な湿度の影響に対しても、長期的な温度と時間の関係を用いることにより、センサ出力の補正が可能になる。
【００４３】
以上のように、本発明の実施形態によれば、センサ出力を温度補正用センサにより検出した温度に基づいて湿度補正する。これにより、湿度センサを用いることなしに、半導体式ガスセンサに対する湿度の影響を除去した濃度計算が可能になる。したがって、コスト高を招くことなく、湿度の影響が少ない、すなわち、季節変動が少ない、安定したガス漏れ報知が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態に係るガス漏れ警報器の基本構成を示すブロック図である。
【図２】駆動パルスを例示するタイムチャートである。
【図３】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、本発明の実施形態に係る処理手順を示すフローチャートである。
【図４】年間の絶対湿度の推移を示すグラフである。
【図５】絶対湿度と長期的なセンサ出力変化量との関係を示すグラフである。
【図６】気温と絶対湿度の相関関係図である。
【図７】気温とセンサ出力変化の相関関係図である。
【図８】年間の気温推移と補正概念を説明するための図である。
【図９】図１１で示す警報濃度特性を気温により補正した結果を示すものである。
【図１０】この種のガスセンサの夏場と冬場の感度特性を示すグラフである。
【図１１】この種の従来のガス漏れ警報器のメタンガス経年変化特性を示すグラフである。
【図１２】図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）はそれぞれ、高温高湿下及び低温低湿下におけるアラームポイントの長期的な変動を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
１０  コントローラ
２０  駆動電源
３０  警報部
４０  ガスセンサ
１１  センサ駆動制御部
１２  センサ出力検出部
１３  温度検出部
１４  演算部
１５  記憶部
１６  判定部
【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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【図１１】
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【図１２】
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