(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
貴金属線材に金属酸化物半導体を主材とする感応層を設けた熱線型半導体式ガス検知素子を備えたガス検知装置の劣化判定方法であって、
前記貴金属線材に通電を開始してから、ガスを検知可能な安定状態に達するまでの出力変化度に基づき前記ガス検知素子の劣化を判定するガス検知装置の劣化判定方法。
【請求項２】
前記貴金属線に通電を開始して所定時間後の出力値と、その出力時から第一設定時間後の出力値を比較し、その差が第一設定出力差以内である場合に、前記ガス検知素子が安定状態に達したものと推定する第一規則と、
前記第一規則に基づく安定状態に達したときの前記出力と、前記ガス検知素子の正常時の安定出力との差が、第二設定出力差以内であるときに、前記ガス検知素子は劣化していないものと推定する第二規則とを用いて、前記出力変化度を判定する請求項１に記載のガス検知装置の劣化判定方法。
【請求項３】
前記貴金属線に通電を開始して所定時間後の出力値と、その出力時から第一設定時間後の出力値を比較し、その差が第一設定出力差以内である場合に、前記ガス検知素子が安定状態に達したものと推定する第一規則と、
前記通電が開始されてからの経過時間が第二設定時間に達したときに、前記第一規則による出力変化度についての判定が前記ガス検知素子が安定状態に達していないものと推定するものである場合、前記通電が開始されてからの経過時間が第三設定時間に達したときに、前記第二設定時間経過時の出力と、前記第三設定時間経過時の出力との差が、第三設定出力差以上である場合に、前記ガス検知素子は劣化しているものと推定する第三規則とを用いて、
前記出力変化度を判定する請求項２に記載のガス検知装置の劣化判定方法。
【請求項４】
前記第三規則に基づく判定結果が、前記ガス検知素子が劣化していないものと推定する場合であっても、第四設定時間に達したときに、前記第一規則によって、前記ガス検知素子が安定状態に達したと推定されない場合に、前記ガス検知素子は劣化しているものと推定する第四規則を用いて
前記出力変化度を判定する請求項３に記載のガス検知装置の劣化判定方法。
【請求項５】
貴金属線材に金属酸化物半導体を主材とする感応層を設けた熱線型半導体式ガス検知素子を備えたガス検知装置であって、
前記貴金属線に通電を開始して所定時間後の出力値と、その出力時から第一設定時間後の出力値を比較し、その差が第一設定出力差以内である場合に、前記ガス検知素子が安定状態に達したものと推定する第一規則と、
前記第一規則に基づく安定状態に達したときの前記出力と、前記ガス検知素子の正常時の安定出力との差が、第二設定出力差以内であるときに、前記ガス検知素子は劣化していないものと推定する第二規則とを用いて、
前記貴金属線材に通電を開始してから、ガスを検知可能な安定状態に達するまでの出力変化度を判定する判定機構を設けてあるガス検知装置。
【請求項６】
貴金属線材に金属酸化物半導体を主材とする感応層を設けた熱線型半導体式ガス検知素子を備えたガス検知装置であって、
前記貴金属線に通電を開始して所定時間後の出力値と、その出力時から第一設定時間後の出力値を比較し、その差が第一設定出力差以内である場合に、前記ガス検知素子が安定状態に達したものと推定する第一規則と、
前記通電が開始されてからの経過時間が第二設定時間に達したときに、前記第一規則による出力変化度についての判定が前記ガス検知素子が安定状態に達していないものと推定するものである場合、前記通電が開始されてからの経過時間が第三設定時間に達したときに、前記第二設定時間経過時の出力と、前記第三設定時間経過時の出力との差が、第三設定出力差以上である場合に、前記ガス検知素子は劣化しているものと推定する第三規則とを用いて、
前記貴金属線材に通電を開始してから、ガスを検知可能な安定状態に達するまでの出力変化度を判定する判定機構を設けてあるガス検知装置。
【請求項７】
前記第三規則に基づく判定結果が、前記ガス検知素子が劣化していないものと推定する場合であっても、第四設定時間に達したときに、前記第一規則によって、前記ガス検知素子が安定状態に達したと推定されない場合に、前記ガス検知素子は劣化しているものと推定する第四規則を用いて
前記貴金属線材に通電を開始してから、ガスを検知可能な安定状態に達するまでの出力変化度を判定する判定機構を設けてある請求項６に記載のガス検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貴金属線材に金属酸化物半導体を主材とする感応層を設けた熱線型半導体式ガス検知素子を備えたガス検知装置の劣化判定方法及び装置に関し、たとえば、化学装置、都市ガス、ＬＰガス等のガス配管からのガス漏れ空調設備からの冷媒ガスの漏れ等を検知して、その化学装置等の点検するのに用いられる携帯用のガス検知装置及び、そのガス検知装置の劣化を判定するガス検知装置の劣化判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のガス検知装置としては、熱線型半導体式ガス検知素子（以下ガス検知素子と略称する）を備え、
たとえば被検知ガスを吸引して、前記化学装置等の雰囲気のガスを採取し、
そのガスを前記ガス検知素子に誘導して、前記ガス検知素子が前記ガスと接触した際に生じる抵抗値の変化に基づく出力を求め、
その出力がガスの対象となるガスの漏洩に基づくものであると推定される場合に、前記化学装置等が、ガス漏洩を生じているものと判断できるようにしたものが知られている。
【０００３】
このような機能上、前記ガス検知装置には、ガスの漏洩に基づく出力を正確に把握することが求められる。しかし、このようなガス検知装置に用いられるガス検知素子は、種々の雰囲気に晒されるために、表面に油煙が付着する、樹脂材料の溶剤成分等と接触して被毒する等の悪影響を受けて、ガス検知出力が低下したりガス選択性が低下したりする「劣化」が起きる。そのため、その劣化の進行度合いによっては、ガスの漏洩に基づく出力を正確に把握するために、その劣化度合いを考慮し、較正なければならない。ところが、上述のような劣化の度合いによっては、較正に基づいた出力を得たとしても十分正確といえる出力の信頼性が得られない場合がある。
【０００４】
そのため、通常このようなガス検知装置を取り扱う作業者は、ガス検知装置の空気中の標準出力（ベース）電圧が安定するのを待って、その安定した後の出力が正常の基準値とどの程度ずれているのかを確認した上で、そのずれをもとに、そのガス検知装置が信頼性のあるガス検知が行えるものであるか否かを判定することが行われている。この方法は、前記ベース電圧が基準値に近いか否かを問わずベース出力を安定させなければ正確なガス検知が行えないという欠点を補償するために必要なものであるとして一般に採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のような方法によれば、前記ガス検知装置のガス検知素子が劣化していて、前記ガス検知装置が、使用に耐えないとわかるまでに相当の時間を要する場合があり、そのような場合に、前記ベース電圧の安定を待つ時間が無駄に浪費されることになっていた。
そこで、本発明の目的は、ガス検知装置が劣化しているか否かを迅速にかつ正確に判定するガス検知装置の劣化判定方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
〔構成１〕
この目的を達成するための本発明のガス検知装置の劣化判定方法の特徴方法は、
貴金属線材に金属酸化物半導体を主材とする感応層を設けた熱線型半導体式ガス検知素子を備えたガス検知装置において、
前記貴金属線材に通電を開始してから、ガスを検知可能な安定状態に達するまでの出力変化度に基づき前記ガス検知素子の劣化を判定する点にあり、
より具体的には、前記貴金属線に通電を開始して所定時間後の出力値と、その出力時から第一設定時間後の出力値を比較し、その差が第一設定出力差以内である場合に、前記ガス検知素子が安定状態に達したものと推定する第一規則と、
前記第一規則に基づく安定状態に達したときの前記出力と、前記ガス検知素子の正常時の安定出力との差が、第二設定出力差以内であるときに、前記ガス検知素子は劣化していないものと推定する第二規則とを用いて、前記出力変化度を判定する点にあり、
前記通電が開始されてからの経過時間が第二設定時間に達したときに、前記第一規則による出力変化度についての判定が前記ガス検知素子が安定状態に達していないものと推定するものである場合、前記通電が開始されてからの経過時間が第三設定時間に達したときに、前記第二設定時間経過時の出力と、前記第三設定時間経過時の出力との差が、第三設定出力差以上である場合に、前記ガス検知素子は劣化しているものと推定する第三規則を用いてもよい。
【０００７】
〔作用効果〕
つまり、貴金属線材に金属酸化物半導体を主材とする感応層を設けた熱線型半導体式ガス検知素子を備えたガス検知装置においては、被検知ガスを検知していない状態で、その出力が、電源投入時に大きく上昇し、次第に出力が低下し、安定した一定値に近づくことが知られている。ここで、本発明者らが、前記一定値について調べたところ、この値と前記正常時の安定出力との差が大きな場合に、較正により前記ベース出力を差し引いたとしても、ガス検知に基づく出力は、正確な値を示さないために、正確なガス検知ができないという経験則を見いだした。これに基づき鋭意検討を重ねたところ、ガス検知出力は、ガス検知特性の応答性が緩慢になり、正確な出力を示さず、また、ガス種に応じて対応した出力を示さず、経時的に不安定な出力を示すという知見を得た。また、電源投入時の出力変動は、熱線型半導体式のガス検知素子に特有の挙動を示すため、この出力変動の割合（出力変化度）に基づいてそのガス検知素子の劣化の状態が特徴つけられることを見いだした。
【０００８】
より具体的には、前記貴金属線に通電を開始して所定時間後の出力値と、その出力時から第一設定時間後の出力値を比較し、その差が第一設定出力差以内である場合に、前記ガス検知素子が安定状態に達したものと推定する第一規則によると、通電開始から所定時間経過後から（所定時間＋第一設定時間）経過後までの第一設定時間の間に前記出力値がどのように変化したかを知ることができる。
つまり、これにより、前記出力値の変動が大きく認められれば、その出力値は、未だ単調減少の過程にあって、ベース出力に達しておらず、これにより、たとえこのガス検知装置に設けたガス検知素子が劣化しておらず、正常であったとしても正確な出力結果を得られるまでに安定化はしていないことを知ることができる。逆に、前記出力値の変動がほとんどないものと認められた場合には、その出力値は、ベース出力に達して安定しており、もしこのベース出力が正常域にあれば、正確なガス検知が可能になることがわかる。
【０００９】
次に、前記第一規則に基づく安定状態に達したときの前記ベース出力と、前記ガス検知素子の正常時の安定出力との差を求めれば、この値がガス検知素子の劣化の度合いに対応しているのである。これは、従来より、ガス検知装置の０点の較正操作をしていた際の、その調整量に当たるものであるが、この対応関係が明確になったことで、前記ベース出力の出力値により、前記ガス検知素子の劣化度合いまでも推定できるようになった。その結果、前記ベース出力と、前記ガス検知素子の正常時の安定出力との差が、第二設定出力差以内であるときに、前記ガス検知素子は劣化していないものと推定することができ、前記ガス検知装置が信頼性高く用いられることを知ることが可能となった。
【００１０】
さらに、この単調減少から安定出力が得られるまでのガス検知素子の出力変化の挙動も、ガス検知素子の劣化度合いを示すものになるのである。つまり、前記通電が開始されてからの経過時間が第二設定時間に達したときに、前記第一規則による出力変化度についての判定が前記ガス検知素子が安定状態に達していないものと推定するものである場合でも、その出力値が十分ベース出力に近づいている場合には、これ以降相当の時間が経過したとしてもほとんど出力値は低下しないことが予想されるが、前記ベース出力から大きく離れた値を示している場合には、安定しておらず、相当の時間経過を経ねば安定状態に達しないことがわかる。そのため、前記第三規則によると、前記通電が開始されてからの経過時間が第三設定時間に達したときに、前記第二設定時間経過時の出力と、前記第三設定時間経過時の出力との差が、第三設定出力差以上である場合に、前記ガス検知素子は劣化しているものと推定することができ、前記ガス検知装置がさらに信頼性高く用いられることを知ることが可能となった。
【００１１】
尚、第三規則によるガス検知素子の劣化の推定は、ガス検知素子の表面温度の低下等による不活性化が原因となっているような場合があるので、繰り返し判定を行うことが望ましい。というのは、ガス検知素子の表面温度が極度に低下していたような場合、温度低下により一時的なガス検知素子の活性低下がみられるために、前記第三規則に述べた出力変化度を示すものの、一旦劣化判定を行ったガス検知素子は、その通電によるジュール熱で活性を取り戻し、十分に安定した挙動を示すまでに回復している可能性があるからである。
【００１２】
さらに、前記第三規則によってガス検知素子の劣化の状況を判定した場合に、通常はガス検知素子は安定出力を示すようになったものと判断されるが、このような場合にでも、前記出力が、高い値で直線的に減少しているような場合が考えられる。そこで、前記第一規則による判定は、最大限前記第三規則による判定後一定時間行うことが好ましい場合がある。したがって、このような場合でも、前記第三規則に基づく判定結果が、前記ガス検知素子が劣化していないものと推定する場合であっても、第四設定時間に達したときに、前記第一規則によって、前記ガス検知素子が安定状態に達したと推定されない場合に、前記ガス検知素子は劣化しているものと推定することによって、上述のような判定ミスを回避することができるので好ましい。
【００１３】
尚、前記第一設定時間としては、３秒から６秒程度が好ましく、毎秒ごとにこの第一設定時間内の出力変化度を測定し、判定に用いることもできる。
また、第一設定出力差は、ベース出力の安定度に即して決めることができ、前記ベース出力の揺らぎの程度に抑える、あるいは、出力装置の認識限界以下にとどめることが高精度に判定する上で有効である。
また、第二設定出力差は、ガス検知素子が劣化しているとしても、その検知特性が大きくは狂わない５０ｍＶ程度に設定することが望ましい。
さらに、前記第二設定時間としては、通常ガス検知素子の出力がほぼ安定したベース出力に達する２０〜４０秒程度が適当で、この後、さらに第三設定時間としては６０秒程度が好ましくこの時間までで、ほぼ完全な出力変化度が把握できる。さらに、第四設定時間を設定する場合でも、約２分を目途に判定することで、従来判定が困難で、無駄な時間を浪費していたのに比べて迅速な処理が行えるようになった。
【００１４】
〔構成２〕
この目的を達成するための本発明のガス検知装置の特徴構成は、
貴金属線材に金属酸化物半導体を主材とする感応層を設けた熱線型半導体式ガス検知素子を備え、かつ、前記第一、第二規則、あるいはさらに加えて第三規則の判定を行うことができる判定機構を設けてある点にある。
〔作用効果〕
つまり、このような構成により、前記ガス検知装置の劣化判定方法が有効に行え、簡便かつ迅速で信頼性の高いガス検知装置の使用を可能とすることができ、点検作業者等の作業性を向上させることができた。
【００１５】
【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。
図１に示すように、本発明のガス検知装置は、貴金属線材としての白金コイル線１に酸化スズを主材とする金属酸化物半導体からなる感応層２を設けた熱線型半導体式のガス検知素子を備え、このガス検知素子が被検知ガスと接触したときの抵抗値変化をブリッジ回路等を備えたガス検知回路によって、検出可能に構成してある。また、このガス検知素子には、雰囲気を吸引して前記ガス検知素子に供給可能にする小型ポンプを設けて、ガス漏洩の可能性のある点検対象部位の近傍から空気を吸引して、前記ガス検知素子により検知可能となる構成をとっている。
【００１６】
このようなガス検知素子は、前記感応層に被検知ガスが接触することにより、前記感応層の抵抗値が変化するとともに、その抵抗値の変化量が被検知ガスのガス濃度に依存しているのを利用し、その抵抗値変化を測定し、その被検知ガス濃度を知ることができるというものである。また、このときの抵抗値変化の測定に必要となる熱源は、その抵抗値変化の測定用の線材に対する通電によるジュール熱で兼用されているものである。このガス検知素子に対する通電時の出力変化は、図２（１）に示すように、電源投入時には、大きな出力を示し、次第に出力が低下して安定化し、ベース出力は、基準となる安定出力を呈する。その後そのガス検知素子の感応層が、被検知ガスと接触すると、その抵抗値変化に基づく出力が得られる。
この現象は、前記ガス検知素子が劣化していても同様にみられ、図２（２）に示すように挙動する。このとき、前記ベース出力は、前記安定出力よりも高い出力を呈する。また、被検知ガスに接触してからガス検知出力を示す、あるいは、ガス検知出力からベース出力に回復するまでに要する応答速度も緩慢になり精度の高い検知ができなくなっているとともに、前記ガス検知出力自体が大きく変化していることも読みとれる。
【００１７】
尚、貴金属線としては、白金線コイルの他に、白金パラジウム合金等種々の材質のものが用いられ、また、金属酸化物半導体としても、酸化スズ以外に酸化インジウム、酸化亜鉛等種々のものを用いることができる。また、感応層の形成方法についても種々公知の方法を採用することができる。
【００１８】
前記ガス検知装置には、さらに、前記出力をモニタして、その変化度を調べるマイコンを備え、通電開始時からの経過時間を測定するとともに、毎秒その出力値を記憶し、５秒前の出力値との比較をする演算処理や、安定化したベース出力を、既知の基準安定出力と比較する演算手段を行う構成にしてある。
【００１９】
これにより、図３に示すように前記貴金属線に通電を開始して所定時間後の出力値と、その出力時から５秒後の出力値を比較し、その差が第一設定出力差（例えば出力装置のＡ／Ｄコンバーターの識別精度の１デジット）以内である場合（図３中第一設定出力差として示す）に、前記ガス検知素子が安定状態に達したものと推定することができる（第一規則）。
【００２０】
次に、前記第一規則に基づく安定状態に達したときの前記ベース出力と、前記ガス検知素子の正常時の安定出力との差を求める。その結果、前記ベース出力と、前記ガス検知素子の正常時の安定出力との差が、５０ｍＶ以内であるとき（図３中第二設定出力差として示す）に、前記ガス検知素子は劣化していないものと推定することができる（第二規則）。
【００２１】
さらに、前記通電が開始されてからの経過時間が３０秒に達したときに、前記第一規則による出力変化度についての判定が前記ガス検知素子が安定状態に達していないものと推定するものである場合でも、前記通電が開始されてからの経過時間が６０秒に達したときに、前記３０秒経過時の出力と、前記６０秒経過時の出力との差が、２０ｍＶ以上である場合（図３中第三設定出力差として示す）に、前記ガス検知素子は劣化しているものと推定することができる（第三規則）。
【００２２】
尚、最初に第三規則によりガス検知素子が劣化しているものと判定された場合には同様の劣化判定をもう一度行う。
【００２３】
さらに、前記第三規則によってガス検知素子の劣化の状況を判定した場合に、劣化していないものと推定する場合であっても、２分に達したときに、前記第一規則によって、前記ガス検知素子が安定状態に達したと推定されない場合に、前記ガス検知素子は劣化しているものと推定することとする（第四規則）。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス検知素子の概略図
【図２】ガス検知素子の電源投入時からガス検知までの出力変化を示すグラフ
【図３】第一〜第四規則の説明図
【符号の説明】
１  貴金属線
２  感応層
【図１】
0003998367.tif 000002
【図２】
0003998367.tif 000003
【図３】
0003998367.tif 000004