(57)【要約】【課題】安価にかつ省スペースに被測定ガスのガス温度の影響を受けずに正確にガス濃度を検出することができるガス濃度検出装置を提供する。【解決手段】抵抗／電圧変換回路２０が、被測定ガスの供給路に配置されて温度に依存して抵抗値が変化する測温抵抗体Ｒｓに電流を供給してその測温抵抗体Ｒｓの抵抗値に応じた電圧を発生させる。ＣＰＵ２５ａが、測温抵抗体Ｒｓの温度が周囲温度よりも高くなるような大きさの電流Ｉｓ１と測温抵抗体Ｒｓの温度が周囲温度と等しくなるような大きさの電流Ｉｓ２との間において、ＦＥＴＱが測温抵抗体Ｒｓに供給する電流を切り替える。ＣＰＵ２５ａが、抵抗／電圧変換回路２０が発生した測温抵抗体Ｒｓの抵抗値に応じた電圧を検出し、検出した測温抵抗体Ｒｓの抵抗値に応じた電圧に基づいて被測定ガスの濃度を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガスの供給路に配置されて温度に依存して抵抗値が変化する測温抵抗体と、該測温抵抗体に電流を供給して当該測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧を発生させる抵抗／電圧変換手段と、該抵抗／電圧変換手段が発生した前記測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段が検出した前記測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧に基づいて前記被測定ガスの濃度を検出する濃度検出手段とを備えたガス濃度検出装置において、
前記測温抵抗体の温度が周囲温度よりも高くなるような大きさの第１の電流と前記測温抵抗体の温度が周囲温度と等しくなるような大きさの第２の電流との間において、前記抵抗／電圧変換手段が前記測温抵抗体に供給する電流を切り替える切替手段が設けられていることを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項２】
前記抵抗／電圧変換手段が、前記測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧を増幅する増幅器を有し、そして、
前記ガス濃度検出装置が、前記増幅器が増幅した前記測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧をデジタル値に変換するアナログ／デジタル変換手段と、前記測温抵抗体に前記第２の電流を供給しているときの前記増幅器のゲインが前記測温抵抗体に前記第１の電流を供給しているときの前記増幅器のゲインよりも高くなるように前記増幅器のゲインを制御するゲイン制御手段とを備えている
ことを特徴とする請求項１記載のガス濃度検出装置。
【請求項３】
前記増幅器が、前記測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧と基準電圧との差分を増幅し、そして、
前記ガス濃度検出装置が、前記増幅器に前記基準電圧を供給する基準電圧供給手段と、前記測温抵抗体に前記第２の電流を供給しているときに前記増幅器に供給される基準電圧よりも前記測温抵抗体に前記第１の電流を供給しているときに前記増幅器に供給される基準電圧の方が高くなるように前記基準電圧供給手段を制御する基準電圧制御手段とを備えている
ことを特徴とする請求項２項記載のガス濃度検出装置。
【請求項４】
前記抵抗／電圧変換手段が、前記測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧と基準電圧との差分を増幅する増幅器とを有し、そして、
前記ガス濃度検出装置が、前記増幅器が増幅した前記測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧をデジタル値に変換するアナログ／デジタル変換手段と、前記増幅器に前記基準電圧を供給する基準電圧供給手段と、前記測温抵抗体に前記第２の電流を供給しているときに前記増幅器に供給される基準電圧よりも前記測温抵抗体に前記第１の電流を供給しているときに前記増幅器に供給される基準電圧の方が高くなるように前記基準電圧供給手段を制御する基準電圧制御手段とを備えている
ことを特徴とする請求項１項記載のガス濃度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス濃度検出装置に係り、特に、例えば水素ガスなどの被測定ガスの濃度を検出するガス濃度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上述したガス濃度検出装置としては、発熱して温度に依存して抵抗値が変化する測温抵抗体を用いたものが知られている。まず、この測温抵抗体を用いたガス濃度検出装置の原理について説明する。上記測温抵抗体は、被測定ガスの供給路に配置される。供給される被測定ガスの濃度が高くなるに従って被測定ガスの熱伝導率が高くなり、被測定ガスがより多くの熱量を測温抵抗体から奪う。この結果、測温抵抗体の抵抗値が下がる。即ち、測温抵抗体の抵抗値は被測定ガスの濃度に応じた値となり、この測温抵抗体の抵抗値に基づいてガス濃度を検出することができる。
【０００３】
上述したガス濃度検出装置の一例として図１０に示された湿度センサが提案されている（特許文献１）。この湿度センサは、雰囲気中の水蒸気（被測定ガス）の濃度を検出するセンサである。図中、Ｒは測温抵抗体である。この測温抵抗体Ｒには、スイッチＳを介して抵抗Ｒ１Ｈ及び抵抗Ｒ１Ｌが直列に接続されている。抵抗Ｒ１Ｈ及び抵抗Ｒ１Ｌは互いに並列に接続されている。
【０００４】
この測温抵抗体Ｒ及び抵抗Ｒ１Ｈまたは抵抗Ｒ１Ｌから成る直列回路には、抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ３から成る直列回路が並列に接続されている。即ち、測温抵抗体Ｒ、抵抗Ｒ１Ｈまたは抵抗Ｒ１Ｌ、抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ３によってブリッジ回路が組まれている。電源装置３は、スイッチＳを介して測温抵抗体Ｒに電圧を印加して電流を流してジュール熱を発生して測温抵抗体Ｒを所定の温度にするものである。また、温度検出器５は測定雰囲気の温度の情報を補正装置４に与えるものである。
【０００５】
上述したスイッチＳは、切替制御装置ＳＣにより動作が制御される。切替制御装置ＳＣから出力される切替信号Ｓ１がＨのとき（図１１（ａ）参照）、スイッチＳの接点が抵抗Ｒ１Ｈ側に接続される。これにより、抵抗Ｒ１Ｈ及び抵抗Ｒ１Ｌのうち抵抗Ｒ１Ｈのみが測温抵抗体Ｒに直列接続される。上記抵抗Ｒ１Ｈが測温抵抗体Ｒに接続されているとき、測温抵抗体Ｒに供給される電流ＩはＩＨとなり（図１１（ｂ）参照）、測温抵抗体Ｒの発熱温度が３００°Ｃ以上になる。
【０００６】
一方、切替制御装置ＳＣから出力される切替信号Ｓ１がＬのとき（図１１（ａ）参照）、スイッチＳの接点が抵抗Ｒ１Ｌ側に接続される。これにより、抵抗Ｒ１Ｈ及び抵抗Ｒ１Ｌのうち抵抗Ｒ１Ｌのみが測温抵抗体Ｒに直列接続される。上記抵抗Ｒ１Ｌが測温抵抗体Ｒに接続されているとき、測温抵抗体Ｒに供給される電流ＩはＩＬとなり（図１１（ｂ）参照）、測温抵抗体Ｒの発熱温度が１００°Ｃ〜１５０°Ｃとなる。
【０００７】
測温抵抗体Ｒが３００°Ｃ以上に発熱しているとき、測温抵抗体Ｒの抵抗値は雰囲気内に含まれる水蒸気量によって変動する。即ち、測温抵抗体Ｒが３００°Ｃ以上に発熱しているときのブリッジ回路の出力電圧ＶＨは、雰囲気内に含まれる水蒸気量、即ち湿度に応じた電圧となる（図１１（ｃ）参照）。
【０００８】
一方、測温抵抗体Ｒが１００°Ｃ〜１５０°Ｃの間で発熱しているときは、水蒸気量には不感となり測温抵抗体Ｒの抵抗値は周囲温度によって変動する。即ち、測温抵抗体Ｒが１００°Ｃ〜１５０°Ｃに発熱しているときのブリッジ回路の出力電圧ＶＬは、周囲温度に応じた電圧となる（図１１（ｃ）参照）。
【０００９】
そこで、補正装置４は、湿度情報である電圧ＶＨを周囲温度情報である電圧ＶＬで補正して、周囲温度の影響を除去した湿度ＶＩを検出することができる（図１１（ｅ）参照）。
【特許文献１】特開平８−１８４５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した従来のガス濃度検出装置としての湿度センサでは周囲温度情報である電圧ＶＬに基づいて湿度情報である電圧ＶＨを補正して、周囲温度の影響を除去した湿度ＶＩを出力している。しかしながら、上述した電圧ＶＬは正確に周囲温度に応じた値ではない。その理由としては、１００°Ｃ〜１５０°Ｃとあるように測温抵抗体Ｒの温度を周囲温度よりも高くして、測温抵抗体Ｒを自己発熱させているからである。詳しく説明すると、測温抵抗体Ｒは下記の式（７）及び（８）に示すように表すことができる。
Ｒ＝（１＋αＴ）Ｋ0  …（７）
Ｔ＝Ｔ0＋ＴW  …（８）
なお、Ｒ：測温抵抗体の抵抗値、Ｋ0：測温抵抗体の静抵抗値、α：抵抗温度係数、Ｔ：測温抵抗体の温度、Ｔ0：周囲温度、ＴW：自己発熱による温度
【００１１】
上述した式（７）及び（８）に示すように、測温抵抗体Ｒの温度Ｔは、周囲温度Ｔ0と自己発熱による温度ＴWとを加算した値となる。測温抵抗体Ｒの自己発熱による熱分布は一様ではなく、測温抵抗体Ｒが何度°Ｃになっているかわからない。その為、自己発熱している測温抵抗体Ｒの抵抗値を測定しても周囲温度が分からず、即ち、電圧ＶＬから正確な周囲温度を求めることができない。
【００１２】
そこで、従来では、さらに温度検出器５を設けて、この温度検出器５から出力される温度信号（図１１（ｄ）参照）に基づいて湿度情報である電圧ＶＨを補正して、周囲温度の影響を除去した湿度ＶＩを検出している。
【００１３】
このため、温度検出器５を設ける分だけ部品コストが上がり、湿度センサのサイズも大きくなる。また、湿度センサに温度検出器を設置する機構を設けなければならず、温度センサの筐体の加工費のコストが上がり、筐体の大きさも大きくなると言う問題があった。
【００１４】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、安価にかつ省スペースに被測定ガスのガス温度の影響を受けずに正確にガス濃度を検出することができるガス濃度検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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、被測定ガスの供給路に配置されて温度に依存して抵抗値が変化する測温抵抗体と、該測温抵抗体に電流を供給して当該測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧を発生させる抵抗／電圧変換手段と、該抵抗／電圧変換手段が発生した前記測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段が検出した前記測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧に基づいて前記被測定ガスの濃度を検出する濃度検出手段とを備えたガス濃度検出装置において、前記測温抵抗体の温度が周囲温度よりも高くなるような大きさの第１の電流と前記測温抵抗体の温度が周囲温度と等しくなるような大きさの第２の電流との間において、前記抵抗／電圧変換手段が前記測温抵抗体に供給する電流を切り替える切替手段が設けられていることを特徴とするガス濃度検出装置に存する。
【００１６】
請求項２記載の発明は、前記抵抗／電圧変換手段が、前記測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧を増幅する増幅器を有し、そして、前記ガス濃度検出装置が、前記増幅器が増幅した前記測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧をデジタル値に変換するアナログ／デジタル変換手段と、前記測温抵抗体に前記第２の電流を供給しているときの前記増幅器のゲインが前記測温抵抗体に前記第１の電流を供給しているときの前記増幅器のゲインよりも高くなるように前記増幅器のゲインを制御するゲイン制御手段とを備えていることを特徴とする請求項１記載のガス濃度検出装置に存する。
【００１７】
請求項３記載の発明は、前記増幅器が、前記測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧と基準電圧との差分を増幅し、そして、前記ガス濃度検出装置が、前記増幅器に前記基準電圧を供給する基準電圧供給手段と、前記測温抵抗体に前記第２の電流を供給しているときに前記増幅器に供給される基準電圧よりも前記測温抵抗体に前記第１の電流を供給しているときに前記増幅器に供給される基準電圧の方が高くなるように前記基準電圧供給手段を制御する基準電圧制御手段とを備えていることを特徴とする請求項２項記載のガス濃度検出装置に存する。
【００１８】
請求項４記載の発明は、前記抵抗／電圧変換手段が、前記測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧と基準電圧との差分を増幅する増幅器とを有し、そして、前記ガス濃度検出装置が、前記増幅器が増幅した前記測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧をデジタル値に変換するアナログ／デジタル変換手段と、前記増幅器に前記基準電圧を供給する基準電圧供給手段と、前記測温抵抗体に前記第２の電流を供給しているときに前記増幅器に供給される基準電圧よりも前記測温抵抗体に前記第１の電流を供給しているときに前記増幅器に供給される基準電圧の方が高くなるように前記基準電圧供給手段を制御する基準電圧制御手段とを備えていることを特徴とする請求項１項記載のガス濃度検出装置に存する。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、ガス濃度を検出するための測温抵抗体を流用してガス濃度の影響を受けずにガス温度を正確に検出することができる。そして、濃度検出手段が、第１の電流が供給されているときに電圧検出手段が検出した測温抵抗体の抵抗値、即ちガス濃度に応じた電圧と第２の電流が供給されているときに電圧検出手段が検出した測温抵抗体の抵抗値、即ちガス温度に応じた電圧とに基づいて温度補正を行った正確な被測定ガスの濃度を検出することができるので、安価にかつ省スペースに被測定ガスのガス温度の影響を受けずに正確にガス濃度を検出することができる。
【００２０】
請求項２記載の発明によれば、第２の電流は第１の電流より小さい。このため、第１の電流を供給したときの測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧の変動幅に比べて、第２の電流を供給したときの測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧の変動幅が小さくなる。ゲイン制御手段により第２の電流を供給しているときのゲインを高くすることにより、第２の電流を供給したときの測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧の変動幅を、第１の電流を供給したときの測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧の変動幅に近づけることができる。これにより、第１の電流及び第２の電流を供給したときの測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧の変動領域とアナログ／デジタル変換手段の電圧変換領域とを一致させることができるので、アナログ／デジタル変換手段の変換精度の向上を図って、精度良くガス濃度を検出することができる。
【００２１】
請求項３及び４記載の発明によれば、第２の電流は第１の電流より小さい。このため、第２の電流を供給したときの測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧の変動領域に比べて、第１の電流を供給したときの測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧の変動領域が高くなる。基準電圧制御手段により第１の電流を供給しているときに増幅器に供給する基準電圧を高くすることにより、第１の電流を供給したときの測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧の変動領域を、第２の電流を供給したときの測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧の変動領域に近づけることができる。これにより、第１の電流及び第２の電流を供給したときの測温抵抗体の抵抗値に応じた電圧の変動領域とアナログ／デジタル変換手段の電圧変換領域とを一致させることができるので、アナログ／デジタル変換手段の変換精度の向上を図って、精度良くガス濃度を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明のガス濃度検出装置の一実施形態を示す回路図である。同図に示すように、ガス濃度検出装置は、被測定ガスとしての水素（Ｈ2）ガスの供給路に配置されて温度に依存して抵抗値が変化する測温抵抗体Ｒｓと、測温抵抗体Ｒｓに電流を供給してその測温抵抗体Ｒｓの抵抗値に応じた電圧ΔＶを発生させる抵抗／電圧変換回路２０（抵抗／電圧変換手段）とを備えている。
【００２３】
上述した抵抗／電圧変換回路２０は、測温抵抗体Ｒｓと共にハーフブリッジ回路を形成する抵抗Ｒ１１、Ｒ１２と、定電圧源２２と、差動増幅器ＯＰ（増幅器）と、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑから構成されている。抵抗Ｒ１２とＦＥＴＱは直列に接続されている。この抵抗Ｒ１２及びＦＥＴＱから成る直列回路及び抵抗Ｒ１１は、互いに並列に接続されている。定電圧源２２は、測温抵抗体Ｒｓ及び抵抗Ｒ１１、Ｒ１２から成る並列回路に定電圧Ｖａを供給している。
【００２４】
上述したＦＥＴＱは後述するμＣＯＭ２５内のＣＰＵ２５ａによってオンオフが制御されている。ＦＥＴＱがオンすると、測温抵抗体Ｒｓに抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２の並列抵抗が接続される。このとき、測温抵抗体Ｒｓに流れる電流Ｉｓ１は下記の式（１）で表される。
Ｉｓ１＝Ｖａ／（Ｒｓ＋Ｒ１１//Ｒ１２）  …（１）
【００２５】
電流Ｉｓ１を測温抵抗体Ｒｓに流すと、測温抵抗体Ｒｓにジュール熱が発生する。電流Ｉｓ１の大きさは、上記測温抵抗体Ｒｓに発生するジュール熱によって測温抵抗体Ｒｓの温度が周囲温度よりも高くなるように設定されている。即ち、電流Ｉｓ１の大きさは、測温抵抗体Ｒｓが自己発熱するように設定されている。より詳しく説明すると、電流Ｉｓ１を流すことにより測温抵抗体Ｒｓに発生する熱量が周囲に放熱される熱量より多いと測温抵抗体Ｒｓの温度が周囲温度よりも高くなる。
【００２６】
一方、ＦＥＴＱがオフすると、測温抵抗体Ｒｓには抵抗Ｒ１１及びＲ１２のうち抵抗Ｒ１１のみが接続される。このとき、測温抵抗体Ｒｓに流れる電流Ｉｓ２は下記の式（２）で表される。
Ｉｓ２＝Ｖａ／（Ｒｓ＋Ｒ１１）  …（２）
【００２７】
電流Ｉｓ２を測温抵抗体Ｒｓに流すと、測温抵抗体Ｒｓにジュール熱が発生する。電流Ｉｓ２の大きさは、上記測温抵抗体Ｒｓにジュール熱が発生しても測温抵抗体Ｒｓの温度が周囲温度より高くならず、周囲温度と等しくなるように設定されている。即ち、電流Ｉｓ２の大きさは、測温抵抗体Ｒｓが自己発熱しないように設定されている。より詳しく説明すると、電流Ｉｓ２を流すことにより測温抵抗体Ｒｓに発生する熱量が周囲に放熱される熱量より小さいと測温抵抗体Ｒｓの温度は周囲温度と等しいままである。
【００２８】
上記差動増幅器ＯＰの反転入力には測温抵抗体Ｒｓ及び抵抗Ｒ１１、Ｒ１２間の接続点に生ずる電圧が出力電圧Ｖとして供給されている。差動増幅器ＯＰの被反転入力には後述するデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）コンバーター２３（基準電圧供給手段）から供給される基準電圧Ｖｒｅｆが供給されている。差動増幅器ＯＰは、出力電圧Ｖと基準電圧でＶｒｅｆとの差をゲインαで増幅した値を出力電圧ΔＶ（＝α×（Ｖ−Ｖｒｅｆ））として出力する。
【００２９】
ＦＥＴＱがオンしていて、測温抵抗体Ｒｓに抵抗Ｒ１１及びＲ１２の並列抵抗が接続されているとき、上述した出力電圧Ｖは下記の式（３）で表される値となる。
Ｖ＝｛（Ｒ１１//Ｒ１２）／（Ｒｓ＋Ｒ１１//Ｒ１２）｝×Ｖａ  …（３）
従って、差動増幅器ＯＰの出力電圧ΔＶは下記の式（４）で表される値となる。
ΔＶ＝α×［｛（Ｒ１１//Ｒ１２）／（Ｒｓ＋Ｒ１１//Ｒ１２）｝×Ｖａ−Ｖｒｅｆ］  …（４）
【００３０】
一方、ＦＥＴＱがオフして、測温抵抗体Ｒｓに抵抗Ｒ１１及びＲ１２のうち抵抗Ｒ１１のみが直列接続されているとき、上述した出力電圧Ｖは下記の式（５）で表される値となる。
Ｖ＝｛Ｒ１１／（Ｒｓ＋Ｒ１１）｝×Ｖａ  …（５）
従って、差動増幅器ＯＰの出力電圧ΔＶは下記の式（６）で表される値となる。
ΔＶ＝α×［｛Ｒ１１／（Ｒｓ＋Ｒ１１）｝×Ｖａ−Ｖｒｅｆ］  …（６）
【００３１】
上述した抵抗Ｒ１１、Ｒ１２は温度に依存して抵抗値が変わるものではなく、抵抗値は常に固定である。従って、上記式（３）〜（６）から明らかなように出力電圧Ｖ、ΔＶは、測温抵抗体Ｒｓの抵抗値に応じた電圧である。また、式（４）及び（６）から明らかなように差動増幅器ＯＰは測温抵抗体Ｒｓの抵抗値に応じた電圧Ｖと基準電圧Ｖｒｅｆの差分を増幅する増幅器に相当する。
【００３２】
上述した差動増幅器ＯＰの出力電圧ΔＶはアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ２４（アナログ／デジタル変換手段）に供給される。Ａ／Ｄコンバータ２４は、アナログの出力電圧ΔＶをデジタル値に変換してμＣＯＭ２５に対して供給する。
【００３３】
μＣＯＭ２５は、処理プログラムに従って各種の処理を行う演算処理装置（以下ＣＰＵ）２５ａと、ＣＰＵ２５ａが行う処理のプログラムなどを格納した読出専用のメモリであるＲＯＭ２５ｂと、ＣＰＵ２５ａでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ記憶エリアなどを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ２５ｃとを備えている。
【００３４】
なお、上述した測温抵抗体Ｒｓは、図２に示すようにＳｉ基板２６によって支持されるダイヤフラム２７上に設けられている。
【００３５】
次に、上述したように測温抵抗体Ｒｓに電流Ｉｓ１を流したときの測温抵抗体Ｒｓの抵抗値変化と、測温抵抗体Ｒｓに電流Ｉｓ２を流したときの測温抵抗体Ｒｓの抵抗値変化について図３〜図６を参照して以下説明する。一般的に抵抗に電流を流すと熱が発生する。この熱量は抵抗に流す電流の大きさに依存する。抵抗に流す電流が大きくなるに従って抵抗には大きな熱量が発生する。抵抗に流す電流が小さくなるに従って抵抗には小さな熱量が発生する。
【００３６】
今、測温抵抗体Ｒｓが自己発熱しない電流Ｉｓ２を測温抵抗体Ｒｓに流してＨ2ガスを供給すると、図３に示すように、測温抵抗体Ｒｓの抵抗値はＨ2ガスのガス温度に応じた値となる。測温抵抗体Ｒｓが自己発熱せずにその温度が周囲温度、即ちガス温度と等しいときは、Ｈ2ガスによって奪われる熱量がない。このため、図６に示すように、測温抵抗体Ｒｓの抵抗値はＨ2ガスのガス濃度に対してまったく不感となる。
【００３７】
測温抵抗体Ｒｓの温度は、その周囲温度、即ちガス温度が高くなるに従って高くなり、ガス温度が低くなるに従って低くなる。このため、ＦＥＴＱがオフして自己発熱しない大きさの電流Ｉｓ２を供給している間、測温抵抗体Ｒｓの抵抗値はＨ2ガスのガス温度に応じた値となる。
【００３８】
一方、測温抵抗体Ｒｓが自己発熱する大きさの電流Ｉｓ１を測温抵抗体Ｒｓに流すと、測温抵抗体Ｒｓが自己発熱してその温度が周囲温度、即ちガス温度より高くなる。このとき測温抵抗体ＲｓにＨ2ガスを供給すると、Ｈ2ガスはその濃度に応じた熱量を測温抵抗体Ｒｓから奪う。従って、図４に示すように、測温抵抗体Ｒｓの温度はＨ2ガスのガス濃度に応じた値となる。測温抵抗体Ｒｓは温度に応じて抵抗値が変化する抵抗であるため、図５に示すように測温抵抗体Ｒｓの抵抗値はＨ2ガスのガス濃度に応じた値となる。
【００３９】
上述した構成のガス濃度検出装置の動作について図７及び図８を参照して以下説明する。図７（ａ）はＦＥＴＱのオンオフ状態、（ｂ）は電流Ｉｓ、（ｃ）は出力電圧Ｖ、（ｄ）は差動増幅器ＯＰのゲイン、（ｅ）は基準電圧Ｖｒｅｆ、（ｆ）は差動増幅器ＯＰの出力電圧ΔＶのタイムチャートである。図８は、ガス濃度検出処理におけるＣＰＵ２５ａの処理手順を示すフローチャートである。
【００４０】
まず、ＣＰＵ２５ａは、ＦＥＴＱのオンオフを繰り返すオンオフ処理を行う（図７（ａ）参照）。これにより測温抵抗Ｒｓには、自己発熱する大きさの電流Ｉｓ１と自己発熱しない大きさ電流Ｉｓ２とが交互に流れる（図７（ｂ）参照）。即ち、ＣＰＵ２５ａは請求項中の切替手段として働く。そして、測温抵抗体Ｒｓに自己発熱しない電流Ｉｓ２が供給されているとき、測温抵抗体Ｒｓの抵抗値はＨ2ガスのガス温度に応じた値となる。一方、測温抵抗体Ｒｓに自己発熱する電流Ｉｓ１が供給されているとき、測温抵抗体Ｒｓの抵抗値はＨ2ガスのガス濃度に応じた値となる。従って、ハーフブリッジ回路からは、ガス温度に応じた出力電圧Ｖと濃度に応じた出力電圧Ｖとが交互に出力される（図７（ｃ）参照）。
【００４１】
次に、ＣＰＵ２５ａは、ゲイン制御手段として働き、上記オンオフ処理に同期して差動増幅器ＯＰのゲインαを制御するゲイン制御処理を行う。ゲイン制御処理において、ＣＰＵ２５ａは、測温抵抗体Ｒｓに電流Ｉｓ２を供給しているときの差動増幅器ＯＰのゲインαが測温抵抗体Ｒｓに電流Ｉｓ１を供給しているときの差動増幅器ＯＰのゲインよりも高くなるように差動増幅器ＯＰのゲインを制御している（図７（ｄ）参照）。
【００４２】
また、ＣＰＵ２５ａは、基準電圧制御供給手段として働き、上記オンオフ処理に同期して差動増幅器ＯＰに供給する基準電圧Ｖを制御する基準電圧制御処理を行う。基準電圧制御処理において、ＣＰＵ２５ａは、測温抵抗体Ｒｓに電流Ｉｓ２を供給しているときに差動増幅器ＯＰに供給する基準電圧よりも測温抵抗体Ｒｓに電流Ｉｓ１を供給しているときに差動増幅器ＯＰに供給する基準電圧の方が高くなるようにＤ／Ａコンバータ２４にデジタルの基準電圧を出力している（図７（ｅ）参照）。
【００４３】
図７（ｃ）中、ＶＥＱ１は電流Ｉｓ１が供給されているときの出力電圧Ｖの変動領域を示し、ＶＥＱ２は電流Ｉｓ２が供給されているときの変動領域を示す。上述したように電流Ｉｓ２は電流Ｉｓ１に比べて小さい。このため、同図に示すように、変動領域ＶＥＱ２の幅が変動領域ＶＥＱ１の幅に比べて小さくなる。従って、上述したゲイン制御処理によって電流Ｉｓ２を供給しているときのゲインαを高くすることにより、電流Ｉｓ２を供給しているときの差動増幅器ＯＰの出力電圧ΔＶの変動幅を、電流Ｉｓ１を供給しているときの差動増幅器ＯＰの出力電圧ΔＶの変動幅に近づけることができる。
【００４４】
また、変動幅ＶＥＱ１及びＶＥＱ２を比較しても分かるように、電流Ｉｓ１が供給されているときの出力電圧Ｖは比較的高いところで変動している。一方、電流Ｉｓ２が供給されているときの出力電圧Ｖは比較的低いところで変動している。従って、上述した基準電圧制御処理によって電流Ｉｓ１を供給しているときの基準電圧を高くすることにより、電流Ｉｓ１を供給しているときの差動増幅器ＯＰの出力電圧ΔＶの変動領域を、電流Ｉｓ２を供給しているときの差動増幅器ＯＰの出力電圧ΔＶの変動領域に近づけることができる。そして、電流Ｉｓ１及び電流Ｉｓ２を供給しているとこの差動増幅器ＯＰの出力電圧ΔＶの変動領域とＡ／Ｄコンバータ２４の変換領域ＶＥＱ３とを一致させることができ、Ａ／Ｄコンバータ２４による変換精度の向上を図って、精度良くガス濃度を検出することができる。
【００４５】
理想的には電流Ｉｓ１及びＩｓ２を供給しているときの差動増幅器ＯＰの出力電圧ΔＶの変動領域が完全にＡ／Ｄコンバータ２４の変換領域ＶＥＱ３と一致するように、差動増幅器ＯＰのゲインや、差動増幅器ＯＰに供給する基準電圧Ｖｒｅｆを制御するのが望ましい。
【００４６】
また、ＣＰＵ２５ａは、上述したオンオフ制御処理、ゲイン制御処理、基準電圧制御処理に並列して濃度検出処理を行う。この濃度検出処理におけるＣＰＵ２５ａの処理手順について図８のフローチャートを参照して以下説明する。
【００４７】
まず、ＣＰＵ２５ａは、ＦＥＴＱをオフして測温抵抗体Ｒｓに電流Ｉｓ２を流す（ステップＳ１）。次に、ＣＰＵ２５ａは、電圧検出手段として働き、Ａ／Ｄコンバータ２４から出力される測温抵抗体Ｒｓの抵抗値に応じた出力電圧ΔＶを検出する（ステップＳ２）。次に、ＣＰＵ２５ａは、ステップＳ２で検出した出力電圧ΔＶをガス温度に応じた電圧としてＲＡＭ２５ｃ内に格納する（ステップＳ３）。
【００４８】
次に、ＣＰＵ２５ａは、ＦＥＴＱがオンして測温抵抗体Ｒｓに電流Ｉｓ１を流す（ステップＳ４）。次にＣＰＵ２５ａは、電圧検出手段として働き、Ａ／Ｄコンバータ２４から出力される測温抵抗体Ｒｓの抵抗値に応じた出力電圧ΔＶを検出する（ステップＳ５）。次に、ＣＰＵ２５ａは、ステップＳ６で検出した出力電圧ΔＶをガス濃度に応じた電圧としてＲＡＭ２５ｃ内に格納する（ステップＳ６）。
【００４９】
次に、ＣＰＵ２５ａは、ガス濃度検出手段として働き、ガス温度に応じた出力電圧ΔＶとガス濃度に応じた出力電圧ΔＶとに基づいて補正演算することでガス温度の影響を除去したガス濃度を検出して（ステップＳ７）、再びステップＳ１に戻る。
【００５０】
上述したガス濃度検出装置によれば、ＣＰＵ２５ａが、抵抗／電圧変換回路２０が測温抵抗体Ｒｓに供給する電流を、測温抵抗体Ｒｓの温度が周囲温度よりも高くなるような大きさの電流Ｉｓ１と測温抵抗体Ｒｓの温度が周囲温度と等しくなるような大きさの電流Ｉｓ２との間で切り替える。測温抵抗体Ｒｓに電流Ｉｓ１を流すと測温抵抗体Ｒｓが自己発熱してその温度が周囲温度、即ちガス温度よりも高くなる。このときＨ２ガスはガス濃度に応じた熱量を測温抵抗体Ｒｓから奪い、測温抵抗体Ｒｓの温度、即ち抵抗値はガス濃度に応じて変化する。測温抵抗体Ｒｓに電流Ｉｓ２を流すと測温抵抗体Ｒｓは自己発熱せずにその温度が周囲温度、即ちガス温度と等しくなる。このため測温抵抗体Ｒｓの温度、即ち抵抗値はガス濃度には全く不感となりガス温度に応じて変化する。
【００５１】
従って、ガス濃度を検出するための測温抵抗体Ｒｓを流用してガス濃度の影響を受けずにガス温度を正確に検出することができる。そして、ＣＰＵ２５ａが、電流Ｉｓ１が供給されているときに検出した測温抵抗体Ｒｓの抵抗値、即ちガス濃度に応じた電圧と電流Ｉｓ２が供給されているときに検出した測温抵抗体Ｒｓの抵抗値、即ちガス温度に応じた電圧とに基づいて温度補正を行った正確な被測定ガスの濃度を検出することができる。このため、安価にかつ省スペースにＨ２ガスのガス温度の影響を受けずに正確にガス濃度を検出することができる。
【００５２】
なお、上述した実施形態では、ＣＰＵ２５ａがＦＥＴＱのオンオフを制御することにより、測温抵抗体Ｒｓと直列に接続する抵抗の抵抗値を変えて、測温抵抗体Ｒｓに流す電流を切り替えていたが、本発明はこれに限ったものではない。即ち、抵抗／電圧変換回路２０としては、測温抵抗体Ｒｓに流す電流が変えられる構成であればなんでもよく、例えば図９に示すような構成であってもよい。
【００５３】
同図に示すように、定電圧源２２をその定電圧Ｖａが変換可能に構成し、ＣＰＵ２５ａによって定電圧源２２が供給する定電圧Ｖａを切り替えて、測温抵抗体Ｒｓに流れる電流を切り替えるようにしてもよい。
【００５４】
また、上述した実施形態では、抵抗/電圧検出回路２０は測温抵抗体Ｒｓを含むハーフブリッジ回路により構成されていたが、本発明はこれに限ったものではない。即ち、抵抗／電圧検出回路２０は、測温抵抗体Ｒｓの抵抗値に応じた電圧を発生させる回路であればなんでもよく、例えば従来のようにブリッジ回路を構成してもよい。
【００５５】
また、上述した実施形態では、定電圧源２２を用いて測温抵抗体Ｒｓに電流Ｉｓ１、Ｉｓ２を流していたが、本発明はこれに限ったものではなく、定電流源を用いて測温抵抗体Ｒｓに電流を流してもよい。
【００５６】
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明のガス濃度検出装置の一実施の形態を示す回路図である。
【図２】図１に示すガス濃度検出装置を構成する測温抵抗体Ｒｓが搭載されたＳｉ基台及びダイヤフラムを示す図である。
【図３】測温抵抗体Ｒｓが自己発熱しない電流Ｉｓ２を流したときの測温抵抗体Ｒｓの抵抗値とガス温度との関係を示すグラフである。
【図４】測温抵抗体Ｒｓが自己発熱する電流Ｉｓ１を流したときの測温抵抗体Ｒｓの温度とガス濃度との関係を示すグラフである。
【図５】測温抵抗体Ｒｓが自己発熱する電流Ｉｓ１を流したときの測温抵抗体Ｒｓの抵抗値とガス濃度との関係を示すグラフである。
【図６】測温抵抗体Ｒｓが自己発熱しない電流Ｉｓ２を流したときの測温抵抗体Ｒｓの抵抗値とガス濃度との関係を示すグラフである。
【図７】（ａ）はＦＥＴＱのオンオフ状態、（ｂ）は電流Ｉｓ、（ｃ）は出力電圧Ｖ、（ｄ）は差動増幅器ＯＰのゲイン、（ｅ）は基準電圧Ｖｒｅｆ、（ｆ）は差動増幅器ＯＰの出力電圧ΔＶのタイムチャートである。
【図８】ガス濃度検出処理におけるＣＰＵ２５ａの処理手順を示すフローチャートである。
【図９】他の実施形態におけるガス濃度検出装置の一例を示す回路図である。
【図１０】従来のガス濃度検出装置の一例としての湿度センサを示す回路図である。
【図１１】図１０に示す湿度センサの各部の信号、電流、電圧のタイムチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
Ｉｓ１  電流（第１の電流）
Ｉｓ２  電流（第２の電流）
ＯＰ    差動増幅器（増幅器）
Ｒｓ    測温抵抗体
２０    抵抗／電圧変換回路（抵抗／電圧変換手段）
２３    Ｄ／Ａコンバータ（基準電圧供給手段）
２４    Ａ／Ｄコンバータ（アナログ／デジタル変換手段）
２５ａ  ＣＰＵ（切替手段、ゲイン制御手段、基準電圧制御手段）
【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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